蓋世汽車訊 電池能夠充電和再充電，顯然歸功于電極材料和電解液之間的相互作用。然而，對(duì)于實(shí)現(xiàn)理想的電池性能，固體電解質(zhì)界面膜(SEI)扮演著重要角色。據(jù)外媒報(bào)道，材料科學(xué)家從原子層面探討該層的成核和生長(zhǎng)機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)需要很好地平衡陰離子和溶劑分子的性質(zhì)。

（圖片來源：phys.org）

在鋰離子電池中，當(dāng)施加電勢(shì)時(shí)，SEI在第一次充電過程開始時(shí)形成。電解液中的元素沉積在石墨電極上，所形成的涂層很快會(huì)覆蓋整個(gè)電極。只有在該層完成后，帶正電荷的鋰離子才能在不剝落電極材料的情況下嵌入電極。

清華大學(xué)的張強(qiáng)教授及其同事具體研究SEI的成核和生長(zhǎng)。鋰離子電池的電解液含有鋰鹽和溶劑，強(qiáng)溶劑化溶劑包裹著鋰離子，同時(shí)陰離子自由浮動(dòng)。相反，弱溶劑化電解質(zhì)可以使陰離子更緊密地附著在鋰離子上。在這里，陰離子仍然是內(nèi)部溶劑化殼層的一部分。

必須將這一內(nèi)部溶劑化殼層從鋰上剝離，才能形成和生長(zhǎng)SEI。研究人員證明，該內(nèi)殼的陰離子首先吸附在新電極上，然后在電化學(xué)反應(yīng)中占據(jù)兩個(gè)電子。后一事件引起SEI分解和成核。研究人員認(rèn)為，SEI的形成主要取決于，與溶劑相比，陰離子捕獲電子并分解的難易程度。

科學(xué)家們利用電化學(xué)技術(shù)和原子力顯微鏡研究晶體的生長(zhǎng)，直到完成該層為止。他們發(fā)現(xiàn)，只有在低過電勢(shì)下才會(huì)形成光滑層。溶劑對(duì)過電勢(shì)也有影響。另外，與結(jié)晶層有很高親和力的溶劑根本不會(huì)產(chǎn)生過電勢(shì)。

研究人員表示，未來的高性能電極設(shè)計(jì)應(yīng)更加關(guān)注鋰鹽負(fù)離子和溶劑之間的相互作用。為了形成均勻的無機(jī)結(jié)晶SEI，陰離子應(yīng)優(yōu)于溶劑，更容易吸附至電極表面，并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。此外，分解產(chǎn)物應(yīng)該是固體且具有不溶性，但仍對(duì)溶劑表現(xiàn)出一定的親和力。

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