阿贡实验室AEM：可改善硅负极日历寿命的多价添加剂

硅被广泛认为是石墨负极最有前途的替代品，因为它具有更高的容量、天然丰度以及大规模生产的能力。然而由于不稳定的固体电解质界面（SEI），硅负极在实际应用中也存在较差的日历寿命。

到目前为止，通过定制的SEI有效提高日历寿命的策略在很大程度上仍不清楚，尤其是在高硅含量、零石墨负极中。

在此，美国阿贡国家实验室Fulya Dogan, Yunya Zhang等人通过在基准GenF电解液中添加小浓度的多价盐（Mg(TFSI)₂和Ca(TFSI)₂），开发出具有优异日历寿命的硅负极。

结果表明，无论硅和正极材料如何，具有Ca添加剂的全电池都表现出日历寿命性能的普遍改善。对于典型的Si/NMC532电池，具有Ca添加剂的电池在高压 (4.1 V) 下经过三个月的日历老化后仅表现出9.5%的容量损失。

图1. 具有不同电解液的Si/NMC 全电池的日历寿命

通过结合EIS、TEM和核磁共振分析，作者发现Ca 添加剂与电解液中的F^– 反应，形成一层包裹在硅颗粒周围的纳米CaF₂晶体。基于CaF₂的新型SEI强度高且致密，可有效保护硅负极免受副反应的影响，从而降低高压日历老化后的容量衰减。

Ca 添加剂普遍适用于所有可用的商业硅或SiO源。这项研究为开发具有长日历寿命的硅负极提供了一种可行且低成本的解决方案，为实现商业化铺平了道路。

图2. 脱锂硅的¹⁹F和¹³C MAS NMR光谱

Silicon Anodes with Improved Calendar Life Enabled By Multivalent Additives, Advanced Energy Materials 2021. DOI：10.1002/aenm.202101820