（a）電流密度衍生界面演變規律示意圖，（b）界面離子傳輸阻抗，（c）不同化成制度下電極倍率性能，（d）快速化成界面結構，（e）快速化成界面演變結構 圖片來源：中國科學院物理研究所
來自中國科學院物理研究所的消息顯示，鋰離子電池應用主要歸功于，其在電極-電解液界面處形成良好的鈍化膜（又稱固體電解質界面SEI膜），阻止了界面副反應。通常，SEI膜具有復雜的結構和成分，包含多種理化性質顯著差異的有機與無機、結晶與非晶物種。在實際電池運行過程中，SEI膜的結構和成分動態演變，控制電池內部反應動力學和健康狀態。因此，研究SEI膜的形成、生長與演化機制，對提升電池性能具有科學意義和應用價值。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心特聘研究員王雪鋒團隊，聚焦電極-電解液界面動態演變過程，結合冷凍電鏡技術和其他先進表征方法，揭示界面相在不同工況下的形成機制和演變過程。此前研究發現，降低溫度導致電解液不徹底分解，在金屬鋰負極表面形成阻礙鋰離子傳輸的富有機亞穩態SEI膜。因此，團隊提出通過“低LUMO能級+極性基團”電解液設計策略，形成富無機SEI膜，來提高電池低溫容量。
在上述工作的基礎上，研究團隊進一步探討負極界面在不同電流密度下的形成與演變規律，發現電流密度會改變電解液中溶劑與鋰鹽的分解路徑，即SEI膜形成路徑。在小電流密度時，電解液優先發生單電子還原反應，形成富含有機物的SEI界面相；在大電流密度時，電解液優先發生雙電子還原，形成富含無機物的SEI界面相。團隊發現，無機物的形核與生長過程符合經典形核理論，且隨著電流密度升高，生成的無機物數量增多、粒徑減小。這些細小的無機顆粒在SEI膜內緊密堆疊且分布均勻，可為Li+提供豐富的晶界傳輸通道，降低Li+遷移勢壘并提升其在界面的傳輸速率，提高電池的倍率性能。同時，致密結構可抑制電解液的持續分解，保障后續快速充電過程中SEI膜的動態穩定性。這種界面層能夠增強界面離子傳輸，改善石墨負極的快充性能。
上述研究突破了常規認識，為高性能二次電池的界面設計和性能提升提供了新思路與實驗依據。相關研究成果發表在ACS Energy Letters上。
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