硅负极因其超高容量、丰富性和低成本被认为是石墨（Gr）负极最有前景的替代品之一。将硅基负极与高镍层状氧化物正极LiNi_xMn_yCo_1−x−yO₂ (NMC, x ≥ 0.8) 耦合可以提高电动汽车的行驶里程。过渡金属(TM)离子溶解和沉积一直是Gr基锂离子电池众所周知的失效模式。然而，很少报道与TM离子沉积在Si基负极上相关的机理见解。

德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等介绍了原位沉积的TM离子对SiO_x/Gr复合负极的影响，以及 Ni、Mn和Co对结构和电化学稳定性的单独影响以及潜在的退化机制。

图1 在SiO_x/Gr负极表面原位沉积TM离子

这里通过在电解液中引入额外的TM离子来研究溶解的Ni、Mn和Co对 SiO_x/Gr||NMC955电池的结构和电化学稳定性的影响，并与Gr||NMC955电池进行了对比，结果表明TM离子溶解对Si的有害影响大于Gr。TM离子对Si基电极的不利影响程度按Co < Ni < Mn的顺序增加，这种趋势主要是由于沉积的TM离子在SiO_x/Gr表面上负极-电解质界面（AEI）形成中的不同作用。

图2 SiO_x/Gr||NMC955电池在不同电解液中的电化学性能

TOF-SIMS分析表明，Co离子沉积物对LiPF₆盐的分解反应影响有限，但对溶剂分解的影响显著，导致AEI层的有机性更高。相比之下，Ni离子的沉积更有可能加速LiPF₆盐的分解。

另一方面，Mn离子沉积不仅加速溶剂分解，而且还诱导LiPF₆分解，导致AEI层最厚、抗性高且保护性较差。这些结果为控制交叉污染现象建立了基本准则，有助于促进电动汽车用高镍正极和硅基负极的高能量密度锂离子电池的设计。

图3 AEI表征

Insights into the Crossover Effects in Cells with High-Nickel Layered Oxide Cathodes and Silicon/Graphite Composite Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103611