锂片晶纳米化学成像分析

锂离子（Li-ion）可充电电池作为便携式电子设备与电动汽车的主流储能技术，其性能限制因素在于电极材料（如磷酸铁锂LiFePO₄）工作过程中的化学与形貌演变。为解析固体材料的相变机制，亟需具备纳米级空间与化学分辨率的表征技术来追踪相变起始点及扩展路径。透射电子显微镜（TEM）结合电子能量损失谱（EELS）虽可实现超高空间分辨率，但受限于样品厚度且会诱发辐照损伤，可能影响电池材料特性。而基于同步辐射源的软X射线显微技术耦合X射线吸收光谱（XAS），则能在诱发较低程度辐照损伤的同时，实现纳米级空间分辨率下化学成分与形貌的关联成像。

光诱导力显微镜（PiFM）凭借其~5纳米的空间分辨率及化学组分与形貌的关联分析能力，成为研究固态无机材料相变的理想工具。下图展示了亚微米尺度部分脱锂LiₓFePO₄微片的PiFM图像及对应原子力显微镜形貌。基于文献报道的FTIR光谱，可明确区分FePO₄（941 cm⁻¹）与LiFePO₄（1054 cm⁻¹）的特征波数。在这两个波数下采集的PiFM图像清晰凸显出样品的不同区域，融合成像进一步揭示：脱锂过程在较大微片的边缘区域更为显著，且在孤立的小尺寸微片中完成度更高。

样本由伊利诺伊大学芝加哥分校Jordi Cabana教授提供，特此致谢。