非质子型锂-氧（Li-O₂）电池具有超高的理论能量密度，是一种很有前途的储能技术。尽管人们已经对这种电池技术进行了大量研究，但对其具体运行机制，特别是各种放电产物及其具体分布，仍然未知或存在争议。这是因为电池化学本身的复杂性，但同时也缺乏对通过可靠技术获得的氧电极的原子水平的了解所致。

基于此，南方科技大学谷猛，Bing Han，宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco报道了LOBs环形放电粒子的TEM表征结果表明，液氮温度和低电子束辐照对于获得可靠的高分辨率成像和光谱分析至关重要。

文章要点

1）研究发现，大多数环形放电粒子是完全非晶态LiO₂，而只有13%的观察到的粒子中含有一些微小的结晶Li₂O₂岛。晶相的面积比仅占特定含晶颗粒总面积的7%左右。Cryo-EELS和拉曼光谱分析表明，放电粒子主要由非晶态LiO₂、少量晶态Li₂O₂、一些有机C−O物种和少量无定形碳组成。

2）在充电过程中，非晶环的长径比(直径/厚度)增大，表明环/电解质界面比环/电极界面更具活性。最后，环状颗粒中LiO₂物种和副产物的共存会导致电池极化较大，从而导致较高的充电电位。值得注意的是，根据TEM和SEM的结果，这些环形粒子在充分充电后大部分都消失了。

研究表明，cryo-TEM/EELS有望成为未来研究LOB和其他类似电池系统中敏感放电产物的直接原子级表征主流技术。

参考文献

Peng Zhang, et al, Revealing the Intrinsic Atomic Structure and Chemistry of Amorphous LiO₂‑Containing Products in Li−O₂ Batteries Using Cryogenic Electron Microscopy, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c10146

https://doi.org/10.1021/jacs.1c10146