利用原位布拉格相干衍射成像研究NMC和LLZO在热退火过程中的结构稳定性

《The Journal of Physical Chemistry C》：Structural Stability of NMC and LLZO during Thermal Annealing Studied with In Situ Bragg Coherent Diffractive Imaging

　　

摘要

复合电极将正极活性材料与固体电解质结合在一起，对于全固态电池而言至关重要。然而，将这些组分共同烧结会引入机械应力，从而导致微观结构退化。了解在热处理过程中晶粒层面的缺陷演变情况，对于设计具有良好机械性能的复合电极极为重要。在此，我们利用原位布拉格相干衍射成像技术，研究了两种关键材料的微观结构稳定性：正极材料LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）以及掺铝的立方相Li₇La₃Zr₂O₁₂（c-LLZO）。我们追踪了加热过程中的单个晶粒，并通过三维位移场图像来观察其中存在的位错。在400°C以内，NMC811表现出极高的稳定性，其位错网络保持不变，衍射图案也几乎没有任何变化。而c-LLZO则在200°C时就开始出现显著的微观结构变化，包括应变松弛和位错迁移现象。这些研究结果表明，c-LLZO在适中温度下具有位错移动性，这使其能够在与更硬的氧化物正极材料共同烧结时承受机械应力；而NMC811的稳定性则有助于维持其活性材料的结构完整性。这项工作体现了对单晶粒进行表征在理解复合电极设计中的机械兼容性方面的价值。