李桂村/张忠华Small: 钾离子电池中炭微球负极插层和界面化学的机理洞察

中间相炭微球（MCMB）由于其商业可用性、高稳定性和低成本而非常适合作为可充电钾离子电池（PIB）的负极材料。然而，它们的电荷存储和界面机制仍不清楚。

在此，青岛科技大学李桂村教授、张忠华副教授等人通过使用具有不同盐、溶剂、盐浓度和添加剂的四种不同电解液（E1~E4）系统地研究了MCMB负极的K离子存储机制和界面化学演变。MCMB负极通过裸钾离子插层机制表现出优异的倍率和循环性能，而通过溶剂化钾离子共插层机制显示出不令人满意的比容量。

此外，高浓度电解液可以有效抑制溶剂化钾离子的共插层。借助原位实验，作者发现从石墨到KC₈的完全转变是通过裸钾离子顺序分批插层机制实现的，这是导致更高比容量的原因。

图1. 揭示K⁺存储机制的原位XRD测试

界面分析表明，在所有电解液中MCMB 电极表面都形成了SEI层。MCMB电极表面SEI层的成分主要包含有机物种和无机物种，它们来自盐和溶剂的分解。SEI成分也从表面到整体变化，并随着电解液的变化而变化，且石墨剥落可能发生在醚基电解液中，导致连续的副反应和容量衰减。

此外，尤其要注意准确控制含氟添加剂的浓度和成分，否则可能会表现出不满意的容量和循环性能。这种对插层机制和界面演化的机理洞察促进了用于电池技术的高性能石墨负极材料的电解液化学设计。

图2. 不同电解液中MCMB上形成的SEI的XPS表征

Mechanistic Insights into the Intercalation and Interfacial Chemistry of Mesocarbon Microbeads Anode for Potassium Ion Batteries, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103557

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李桂村/张忠华Small: 钾离子电池中炭微球负极插层和界面化学的机理洞察

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