斯科爾科沃理工學(xué)院的研究人員為鋰離子電池科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)長(cháng)期存在的難題提出了一種解釋。他們的研究為碳酸乙烯酯(被稱(chēng)為“神奇”電解質(zhì)成分)在鋰離子電池中的作用提供了新的見(jiàn)解，并闡述了為什么這種材料和電化學(xué)性質(zhì)相似的碳酸丙烯酯對石墨制成的電池陽(yáng)極表現出如此不同的行為。
該研究結果發(fā)表在《材料化學(xué)A雜志》上，將為更安全、更高效的鋰離子電池電解質(zhì)的設計提供指導。
在鋰離子電池商業(yè)化初期，研究人員就遇到了石墨 陽(yáng)極腐蝕的問(wèn)題。碳酸丙烯酯基電解質(zhì)對金屬鋰非常友好，但對石墨卻有很強的腐蝕性。這一問(wèn)題阻礙了石墨電極的使用，直到碳酸亞乙酯被引入作為碳酸亞丙酯的替代品。雖然從電化學(xué)角度來(lái)看，這兩種材料的分子非常相似，但它們對石墨陽(yáng)極的表現卻截然不同。
這種現象被稱(chēng)為 EC-PC 差異，以化合物的縮寫(xiě)名稱(chēng)命名。幾十年來(lái)，電池界一直在廣泛研究和討論這種“神奇溶劑”碳酸乙烯酯的作用，并提出了許多假設。然而，至今仍未達成共識。
在他們的新論文中，Skoltech Energy 的高級研究員 Sergey Luchkin 和首席工業(yè)工程師 Egor Pazhetnov 提出，電解質(zhì)中碳酸亞乙酯的存在會(huì )導致石墨表面形成一層薄薄的非常粘稠的液體。
該層通過(guò)防止過(guò)多的電解質(zhì)分子滲透到石墨層之間(過(guò)度插層)并最終剝落石墨層從而損壞陽(yáng)極(腐蝕性剝落)來(lái)保護石墨。為驗證這一假設而進(jìn)行的實(shí)驗證實(shí)，該層確實(shí)出現在基于 EC 的電解質(zhì)中，但沒(méi)有出現在基于 PC 的電解質(zhì)中。
值得注意的是，粘稠液體層在固體電解質(zhì)界面相形成之前出現，因此會(huì )影響其形成。SEI 是鋰離子電池的重要組成部分。它是電池在工廠(chǎng)首次循環(huán)期間在陽(yáng)極表面形成的一層固體電解質(zhì)薄膜。該層可保護石墨陽(yáng)極免于快速降解，并防止液體電解質(zhì)持續電化學(xué)還原。
對鋰離子電池界面過(guò)程的新見(jiàn)解為電解質(zhì)成分與陽(yáng)極-電解質(zhì)界面動(dòng)力學(xué)之間的相互作用提供了新的視角，這對于通過(guò)固體電解質(zhì)界面相的智能設計開(kāi)發(fā)更穩定、更高效的電池至關(guān)重要。這項研究提出的方法不僅限于鋰離子電池，還為鈉離子電池和鉀離子電池等新興互補技術(shù)提供了寶貴見(jiàn)解。這些技術(shù)在固體電解質(zhì)界面形成方面面臨著(zhù)類(lèi)似的挑戰。
該研究增進(jìn)了我們對電解質(zhì)成分的物理特性如何影響界面動(dòng)力學(xué)的理解，有可能加速儲能領(lǐng)域的創(chuàng )新。
