多壁碳纳米管的锂致脆化

ACS Nano, 2011,DOI:10.1021 / nn202071y

在透射电子显微镜下对单个多壁碳纳米管(MWCNTs)进行原位锂化。锂化后，管间距从3.4增加到3.6 Å，对应于5.9%的径向和周向膨胀和50 GPa的最外层管壁拉伸环向应力。直管壁在锂化后发生变形。原位压缩和拉伸试验表明，锂化MWCNTs呈脆性，断口边缘锋利。这种失效模式与原始MWCNTs形成鲜明对比，原始MWCNTs具有极高的柔韧性，在张力作用下以“剑鞘中剑”的方式失效。锂化引起的脆化是由于管间锂的“点力”作用的机械效应，除了施加应变的作用外，还引起碳碳键的拉伸，以及锂的电子转移到反键π轨道的化学效应，削弱了碳碳键。机械和化学联合弱化导致了锂化MWCNTs断裂应变的显著降低。我们的研究结果为锂离子电池中碳质阳极的降解机理提供了直接的证据和理解。