石墨嵌锂两种结构模型，看冷冻透射电子显微镜发现了什么？

目前，研究者们主要提出了两种结构模型（Rüdorff-Hofmann 模型和Daumas-Hérold 模型）来描述石墨嵌锂形成的“阶”结构及其演变过程。

前者认为Li+每隔四/三/二/一层地嵌入石墨层间，形成对应的Ⅳ阶（LiC24）、Ⅲ阶（LiC18）、Ⅱ阶（LiC12）以及Ⅰ阶（LiC6）相。在该模型中，具有不同锂含量的“阶”结构之间难以平滑转换。这表明由于自身的动力学限制，石墨负极不可能实现快速充电。而后者假设在Li+插层过程中，石墨层会发生扭曲变形，从而促进了不同“阶”化合物间的相互转变 。两种石墨“阶”结构演变模型虽然具有相同的长程有序结构，但是它们的短程结构不一样。因此，需要借助对纳米或者原子结构敏感的表征技术来揭示“阶”结构的真实微观结构特征，如透射电子显微镜（TEM）。

由于石墨片层在电子束的辐照下会发生扭曲变形，常规TEM难以获取石墨及其嵌入化合物的真实纳米或者原子结构。冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）结合了低温和低剂量成像技术，可以最大限度地降低辐照损伤，得到样品真实且较高分辨率的微观结构信息 。利用cryo-TEM研究不同嵌锂量石墨的微观结构。结果发现，在锂化过程中，Li+嵌入石墨层间会引入局域应力，导致原始平坦整齐的石墨片层发生扭曲变形。

具有不同嵌锂量的“阶”化合物（Ⅳ阶、Ⅲ阶、Ⅱ阶以及Ⅰ阶相）虽然在宏观上是有序的，但是在微观上是由不同“阶”结构（局域畴）和位错构成的。在脱/嵌锂过程中，Li+嵌入石墨形成的位错等缺陷可逆形成和消失。该发现更新了人们对石墨嵌锂“阶”结构的微观本质及其相互转变的认识，并加深了对插层化学的理解。 ‍

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