透射電子顯微鏡研究鋰離子電池材料有進展

透射電子顯微鏡 (TEM) 是高空間分辨下觀察材料微觀結構的有力手段之一。在高空間分辨率下（小于0.1納米）探測材料的物理化學性質，解決凝聚態物理中的具體問題已經成為當代科學技術發展的必然趨勢。由于受到物鏡的一系列像差特別是其中球差的限制，傳統的電子顯微鏡很難在亞埃尺度直接成像。提高分辨率的手段主要依賴于復雜的圖像處理和計算。在上個世紀末首臺球差校正器問世之后，球差校正電子顯微技術得到了廣泛應用，使得在亞埃尺度的高空間分辨率下直接獲取結構信息成為可能。然而透射電鏡仍然面臨的一個重要技術難關是：由于輕元素（如：氫、鋰、硼、碳、氮、氧等）的電子散射截面相對較小，傳統的成像方法幾乎不能直接分辨出輕原子的空間位置。

利用先進的球差校正掃描透射環形明場成像技術（STEM-ABF），直接在正極材料LiFePO4中觀察到鋰離子，并對實驗條件與像襯度的關系進行了系統地討論（Mater. Express 1, 43-50, 2011）。他們首次在部分充電的LiFePO4中觀測到了鋰離子的隔行脫出，類比于石墨中存在的“階”的現象。

這一發現與之前提出的相邊界推移、核殼結構等各類反應模型均不一致，對于深入認識這一材料的儲鋰機制以及“階現象”具有重要意義。該結果發表后，為Malik Rahul等發表在Nature Mater. (10, 587-590, 2011)上的理論計算所支持。