電池的充電和充電-顯然全歸功于電極材料和電解質(zhì)的完美相互作用。但是，對于理想的電池功能，固態(tài)電解質(zhì)中間相(SEI)扮演著至關(guān)重要的角色。材料科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)在原子細(xì)節(jié)上研究了該層的形核和生長。根據(jù)發(fā)表在Angewandte Chemie雜志上的研究，陰離子和溶劑分子的特性需要很好地平衡。

在鋰離子電池中，當(dāng)施加電勢時，SEI在第一次充電過程開始時形成。電解質(zhì)中的元素沉積在石墨電極上并形成涂層，該涂層很快覆蓋了整個電極。僅在完成該層之后，正極鋰離子才能插入電極中而不會剝落電極材料。

北京清華大學(xué)的張強(qiáng)和他的同事們現(xiàn)在已經(jīng)更加仔細(xì)地研究了SEI的成核和發(fā)展。鋰離子電池中的電解質(zhì)包含鋰鹽和溶劑。強(qiáng)溶劑化溶劑包裹鋰離子，并且陰離子自由漂浮。相反，弱溶劑化的電解質(zhì)可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)部溶劑化殼的一部分。

必須從鋰上剝離該內(nèi)部溶劑化殼，以允許SEI形成和生長。研究人員證明，內(nèi)殼的陰離子首先吸附在新鮮的電極上，然后在電化學(xué)反應(yīng)中吸收了兩個電子。后一個事件觸發(fā)了SEI的分解和成核。作者得出的結(jié)論是，與溶劑相比，SEI的形成主要取決于陰離子捕獲電子和分解的難易程度。

科學(xué)家使用電化學(xué)技術(shù)和原子力顯微鏡研究晶體的生長，直到完成該層為止。他們發(fā)現(xiàn)，僅在低過電勢下形成平滑層。溶劑也影響過電勢。作者還指出，對結(jié)晶層具有高親和力的溶劑根本不會產(chǎn)生過電勢。

他們得出結(jié)論，高性能電極的未來設(shè)計應(yīng)更多地關(guān)注鋰鹽負(fù)離子與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)超過溶劑。它們應(yīng)更容易吸附到電極表面并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。作者說，此外，分解產(chǎn)物應(yīng)該是固體且不溶，但仍對溶劑表現(xiàn)出一定的親和力。

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