Nat. Nanotechnol.：锂离子电池固态电解质SEI的实时质谱表征

不二

2020-01-30

SEI膜决定了大多数电池的性能，但是由于缺乏原位检测工具，研究者们对其化学和结构的理解受到了限制。近日，美国陆军研究实验室许康、美国太平洋西北国家实验室Zhijie Xu、Chongmin Wang等人在锂离子电池操作中使用液体二次离子质谱结合分子动力学模拟提出了SEI形成的动态图像。作者发现在任何相间化学反应发生之前(在初始充电期间)，由于溶剂分子的自组装，在电极/电解质界面上形成了一个电双层，双电层的形成会受锂离子和电极表面电位的影响。这种双层结构预示了最终的相间化学，带负电的电极表面从内层排斥盐阴离子并产生内部SEI膜（本质上是薄的、致密的和无机的）。正是这种致密层负责传导Li⁺和绝缘电子，这是SEI的主要功能。在内层形成后出现一层具有电解质渗透性且富含有机物的外层。在高浓度、富氟的电解质存在下，由于双层中存在阴离子，SEI内层的LiF浓度升高。这些实时纳米尺度的观测将有助于为未来的电池设计更好的中间相。

Yufan Zhou, Mao Su, Xiaofei Yu, Yanyan Zhang, Jun-Gang Wang, Xiaodi Ren, Ruiguo Cao, Wu Xu, Donald R. Baer, Yingge Du, Oleg Borodin, Yanting Wang, Xue-Lin Wang, Kang Xu, Zhijie Xu, Chongmin Wang & Zihua Zhu. Real-time mass spectrometric characterization of the solid–electrolyte interphase of a lithium-ion battery. Nature Nanotechnology. 2020

DOI: 10.1038/s41565-019-0618-4

https://doi.org/10.1038/s41565-019-0618-4