In Situ Electron Paramagnetic Resonance Correlated Spectroscopy and Imaging: A Tool for Lithium-Ion Batteries to Investigate Metallic Lithium Sub-Micrometric Structures Created by Plating and Stripping

Autor: Mingxue Tang, Jean-Marie Tarascon, Gourier Didier, Elodie Salager, Hervé Vezin, Charles Emmanuel Dutoit
Přispěvatelé: Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ministère de la Culture (MC), Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 (LASIRE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille Institut (CLIL), LABEX STORE-EX (ANR-10-LABX-76), CNRS, ANR-15-CE05-0015,OSIRIS,Spectroscopie et imagerie operando de batteries par résonance magnétique in situ(2015), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2020
Předmět:
DOI: 10.26434/chemrxiv.12939776.v1
Popis: Monitoring the formation of dendrites or filaments of lithium is of paramount importancefor Li-based battery technologies, hence the intense activities in designing in situ techniquesto visualize their growth. Herein we report the benefit of correlating in situ electron para4 magnetic resonance (EPR) spectroscopy and EPR imaging to analyze the morphology andlocation of metallic lithium in a symmetric Li/LiPF6/Li electrochemical cell during polariza6 tion. We exploit the variations in shape, resonance field and amplitude of the EPR spectrato follow, operando, the nucleation of sub-micrometric Li particles (narrow and symmetricalsignal) that conjointly occurs with the fragmentation of bulk Li on the opposite electrode(asymmetrical signal). Moreover, in situ EPR correlated spectroscopy and imaging (spectral10 spatial EPR imaging) allows the identification (spectral) and localization (spatial) of the sub11 micrometric Li particles created by plating (deposition) or stripping (altered bulk Li surface).We finally demonstrate the possibility to visualize, via in situ EPR imaging, dendrites formedthrough the separator in the whole cell. Such a technique could be of great help in masteringthe Li-electrolyte interface issues that plague the development of solid-state batteries.
Databáze: OpenAIRE
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