​张强Angew：电池负极工作电压对形成固体电解质界面相的关键影响

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​张强Angew：电池负极工作电压对形成固体电解质界面相的关键影响
可充电锂（Li）电池的性能高度与固体电解质间相（SEI）的结构高度相关，该结构控制着阳极/电解质界面处的离子传输，并直接影响阳极的循环寿命。工作阳极的特性是确定SEI结构的重要因素。但是，相应的理解妨碍了SEI的合理调节。
在此，清华大学张强等在理论上和实验中研究了电极电位和阳极材料的作用，即工作阳极的两个关键特性在决定SEI的结构演化方面。阳极电位被确定为指示SEI结构的关键作用。阳极电位决定了热力学上电解质的还原产物，最终在高电位和低电位下分别产生了镶嵌和双层SEI结构。相反，阳极材料不会引起SEI结构的显着变化，而只是改变了SEI中有机和无机化合物的比率。这项工作揭示了电极潜力在决定SEI结构中的关键作用，并提供了调节SEI结构的合理指导。
​张强Angew：电池负极工作电压对形成固体电解质界面相的关键影响
​张强Angew：电池负极工作电压对形成固体电解质界面相的关键影响
为了阐明阳极对EC 分解形成无机和有机化合物的影响，计算了生成 Li2CO3或LEDC的反应的吉布斯自由能变化 (ΔG)，作为评估反应趋势的热力学描述符（图1a）。详细的计算模型在补充信息中列出。此处锂负极的电极电位设置为0 V，而锂化石墨 (LiC6) 和脱锂石墨 (C6) 的电极电位分别为0.1和3.0 V。所有计算的ΔG都通过电子数归一化，最终获得了EC还原反应的每个电子转移的ΔG (ΔGm)（图 1b，表 S1）。
为了比较Li2CO3或LEDC在不同阳极上的还原趋势差异，EC对Li2CO3和LEDC的还原反应的ΔGm在不同性质的阳极上的差异 (Δ(ΔGm) =ΔGm(Li2CO3) -ΔGm(LEDC))为进一步计算。在具有相同电极电位的Li和LiC6上，EC显示出相似的还原趋势。Li和LiC6的Δ(ΔGm)分别为-0.21 eV和-0.13 eV。同时，两个负极之间的Δ(ΔGm)差异仅为0.08 eV，表明EC的还原趋势不受负极材料变化的显着影响。然而，对于石墨阳极，在具有不同电位的同一阳极上，EC 显示出完全不同的还原趋势。C6上的Δ(ΔGm)为0.12 eV，比LiC6（-0.13 eV）更正。此外，LiC6和C6之间的Δ(ΔGm)差异高达0.25 eV，说明随着电极电位由高到低的变化，EC比有机化合物更容易还原为无机化合物。
Shu-Yu Sun, Nan Yao, Cheng-Bin Jin, Jin Xie, Xi-Yao Li,Ming-Yue Zhou, Xiang Chen, Bo-Quan Li, Xue-Qiang Zhang, and Qiang Zhang. The Crucial Role of Electrode Potential of a Working Anode in Dictating the Structural Evolution of Solid Electrolyte Interphase. Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202208743
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202208743

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