所得到的选择性溶解SEI（记为SD-SEI）主要由稳定的无机聚合物组分组成，因此能够维持微米级Si负极的体积变化，从而实现稳定的循环性能。此外，作者还研究了使用碳酸乙烯基（EC-based）电解质在微米级Si负极上形成的经典SEI（记为c-SEI）和由碳酸丙烯基（PC-based）电解质衍生的富-LiF SEI（记为F-SEI）作为对照实验，发现它们易碎。微米级Si负极的SD-SEI在基于GBL的电解质中显示出优异的循环性能（在0.2 C下循环200次后，其比容量为1804.1 mAh g-1，其中1 C=3000 mA g-1），表明SD-SEI对体积变化具有优异的耐受性。此外，具有优化SEI的Si||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）全电池在0.2 C下循环150次后的容量保持率为83.7%（基于第4次循环时的比容量，1 C=180 mA g−1），表明在微米级Si负极上定制SEI化学成分的策略具有良好的实践前景。
研究背景具有较高理论比容量的替代电极材料，如Li金属负极和合金型负极材料，如硅（Si）正在被广泛讨论。这些大容量电极的电化学机制各不相同，但在充/放电循环过程中其形态和结构发生了巨大变化，需要具有各种性能的固体电解质界面相（SEI），特别是力学稳定性来缓解体积变化。对于Si负极，其超高理论比容量（Li15Si4为3579 mAh g-1）的优势伴随着巨大的体积变化和界面问题。对比纳米级，工业上微米级Si颗粒，具有低成本和高库仑效率（CE），在循环过程中遭受更严格的体积变化问题。因此，为制备长寿命微米级Si负极，提高SEI的抗崩解力学稳定性势在必行。
图文导读SD-SEI的形成有两个平行的物理化学过程：由于电解质还原产物而连续生成SEI和GBL选择性溶解部分SEI组成。通过（1）直接确定在GBL溶剂中溶解的不利SEI组分；（2）表征经GBL溶剂浸泡后循环Si上未溶解的SEI组分，证明GBL的选择性溶解能力。浸泡后PC和EC/DEC溶剂的NMR谱中没有发现新的峰，说明PC和EC/DEC不能溶解这些不需要的SEI组分。GBL浸泡液的离子电导率为3.81×10-8 S cm-1，比PC和EC/DMC高出2个数量级。当将添加剂和LiPF6加入到电解质配方中，就可形成具有减轻自放电问题的稳定SEI。图1. SEI组分的溶剂诱导溶解效应图2. SEI化学成分微米级Si负极在GBL基电解质中的充/放电曲线显示，在0.05 C（1 C=3000 mA g-1）下，GBL基电解质的初始容量为3307.2 mAh g-1。使用GBL基电解质制备的SD-SEI的Si负极表现出良好的循环稳定性，在0.2 C下循环100次后，其容量保持率为87.5%（基于第4次循环时的比容量），远高于PC基电解质和EC基电解质的Si负极。在高的容量保持率下可维持200次循环，之后GBL基电解质中的Si负极可提供1804.1 mAh g−1的比容量。Si负极在EC基电解质中在5 C时的容量几乎可忽略不计，而在GBL基电解质中以相同的倍率保留了近1000 mAh g−1的容量，表明SD-SEI在高倍率性能下有效地导电Li离子。SD-SEI有利于Si@C的循环性能，在300次循环后，其容量保持率高达80.6%（基于第4次循环时的比容量）。利用N/P比值为1.1的各种电解质组装了Si||NCM811全电池。两种电池在0.05 C下，从3.0 V到4.2 V的初始可逆比容量均为175 mAh g−1（1 C=180 mA g−1），但使用GBL基电解质的电池在随后的循环中表现出更好的稳定性，在150次循环后保持83.7%的容量，远高于使用EC基电解质的电池的44.3%。图3. Li||Si纽扣电池和Si||NCM811全电池的循环性能图4. SEI的力学性能
图5. SEI的示意图和比较
文献信息Tailoring chemical composition of solid electrolyte interphase by selective dissolution for long-life micron-sized silicon anode. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43093-6.
