ng体育劳伦斯伯克利国度实习室ACS Nano：SEI层呆滞变形对Si负极表貌钝化的影响机械

2023-05-29点击量：893

　　ng体育碳酸盐基有机电解质的Si负极上固态电解质界面（SEI）的钝化作为较差，导致锂电池寿命受影响，且正在轮回流程中机械，因为Si的体积蜕变而正在SEI中爆发的呆滞应变或许导致其呆滞安闲性和钝化作为恶化。

　　劳伦斯伯克利国度试验室的磋议职员阐明晰SEI的静态呆滞变形对Si/电解质界面处副反响速度的影响。通过正在拥有差异弹性模量的衬底上行使Si薄膜电极机械，使其许诺或遏抑SEI变形，以适当充放电时Si体积的蜕变。作家浮现SEI的静态呆滞拉伸和变形导致Si上电解质还原电流扩充，别的衰减的全反射和近场傅里叶变换红表纳米光谱显示，SEI的静态呆滞拉伸和形变鼓励了线性碳酸盐溶剂的采用性输运，以及SEI内的纳米限造。这些进而鼓励了硅电极上的采用性溶剂还原和电解质的延续剖判，消浸了硅负极锂离子电池的寿命；末了，作家周密研究了SEI层的构造和化学因素与其正在持久呆滞变形下的呆滞弹性之间的可伶俐系性。干系磋议劳绩以“The Effect of the SEI Layer Mechanical Deformation on the Passivity of a Si Anode in Organic Carbonate Electrolytes”为题宣布正在ACS Nano上。

　　硅负极的能量密度比石墨负极赶过近一个数目级（3579 mAh/g vs 372 mAh/g）。然而硅的电化学轮回伴跟着强盛的体积蜕变（当全体锂化时约为300%），这会导致各类降解机造，如硅颗粒断裂或复合电极分层，使容量迅速衰减。纳米级Si（纳米颗粒或纳米线）合成和复合电极构造有帮于改良应力积累并缓解Si颗粒内/颗粒间断裂题目。

　　行使硅负极的锂离子电池（LIBs）面对的一个挑拨是轮回寿命短，这紧假若由于硅负极正在碳酸盐基电解质中的固有非钝化作为，理思性的SEI层是正在Si/电解质界面浸积了几十纳米的电解质还原产品薄层，全体钝化电极轮廓，遏抑界面处的任何倒霉副反响，不然会导致电解质和可轮回锂的接续泯灭，损害电池的安闲性，所以，SEI的质料和完善性被广大以为是裁夺锂离子电池机能的症结。但本质上正在Si轮廓变成的SEI层不竭演变机械，并受到副反响的影响导致轮回寿命不佳。

　　Si的上述非钝化作为的另一个源由或许源于SEI的呆滞担心闲性，正在Si体积蜕变时，SEI会显露明显的呆滞变形，或许导致较差的钝化作为。经常，SEI的呆滞担心闲性以以下两种体例导致Si电极失效机造：（1）显着的呆滞失效，如SEI开裂或分层（经常随后正在Si轮廓的宣泄区域上从头变成SEI），（2）因为SEI的应力构造和样子蜕变而惹起的呆滞失效和界面担心闲。当Si正在充放电轮回流程中体验延续的体积蜕变时，会显露显着的呆滞失效机造，所以，这种失效形式与轮回寿命最干系；另一方面，假使电池处于静止形态，也或许爆发隐含的呆滞妨碍ng体育，SEI层正在各类静态应变下事务是取决于硅电极的电荷形态机械。因为SEI的非平均构造和高孔隙度，重要的拉伸或紧缩力或许会损害SEI的钝化机能。所以，除了SEI膜固有的非钝化作为表机械，这种失效机造或许与硅基锂离子电池的寿命息息干系。

　　本磋议中，作家策画了一种对照试验来磋议SEI静态呆滞应变对Si电极轮廓钝化安闲性的影响。通过正在拥有差异弹性机能的衬底上造备的两个模子硅电极实行对照，一种许诺SEI的平面内膨胀和呆滞变形，而另一种限度平面内膨胀并遏抑SEI变形。对样品实行电化学测试和非原位轮廓化学理解，揭示了SEI层的静态呆滞变形对电解质还原电流巨细和SEI的化学构成的精确影响。正在SEI中施加约10%的呆滞面内应变会使界面电流扩充10−25%。非原位ATR和纳米FTIR衡量讲明，呆滞拉伸导致碳酸甲乙酯（EMC）及其酯调换产品正在SEI内的纳米限度，这些产品来自迫近Si电极轮廓的碳酸甲乙酯（EMC）剖判反响。磋议结果讲明，拉伸应变轻松了SEI的构造，许诺采用性碳酸甲乙酯（EMC）穿透，最终扩充了副反响的速度ng体育机械。这项事务揭示了呆滞效应和失效机造直接影响硅负极锂离子电池的寿命，并为将来的事务供给了向导性见地。（文：李澍）

　　图1（a）软质（PDMS）和硬质（熔融二氧化硅）基底样品的截面图,（b）两品种型电极上Si膨胀机造和SEI变形流程

　　图3（a）差异电势下PDMS上的非原位Si电极的3D WLI图,（b）SEI层中感触的双轴应变行为从电极轮廓演变得回的电势函数

　　图4（a）施加电势（虚线）和由此爆发的电流演变（实线）图,（b）均匀电流演化图,（c）变形和未变形SEI之间的均匀电流密度差别ng体育劳伦斯伯克利国度实习室ACS Nano：SEI层呆滞变形对Si负极表貌钝化的影响机械