作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 图像显示一个硅粒子被富含锂的SEI覆盖
信用:陈等
大多数现有的锂离子电池都集成了石墨阳极，其容量约为每克350毫安时
硅阳极的容量几乎是石墨阳极的10倍(约2800毫安时/克)，因此理论上可以开发出更紧凑和更轻的锂基电池
尽管硅阳极具有更高的容量，但迄今为止还无法与石墨阳极竞争，因为硅在电池运行过程中会膨胀和收缩，所以阳极的外保护层在电池运行时很容易破裂
在《自然能源》杂志最近发表的一篇论文中，马里兰大学帕克分校和陆军研究实验室的一组研究人员报告了一种新的电解质设计，这种设计可以克服现有硅阳极的局限性
“硅阳极及其形成的固体电解质界面(SEI)保护层在电池运行过程中更容易被粉碎，因为SEI与硅紧密结合，所以两者都经历了大量的变化，”进行这项研究的主要研究人员之一纪晨告诉Phys
（同organic）有机
SEI是当阳极粒子与电解质直接接触时自然形成的保护层
该层作为屏障，防止电池内部发生进一步的反应，将阳极与电解质隔开
参与陆军研究实验室研究的高级化学家奥列格·鲍罗丁在接受《物理》杂志采访时表示:“如果保护层在硅阳极粒子膨胀或收缩过程中受损，新暴露的阳极粒子会不断与电解液发生反应，直到电解液在电池循环过程中耗尽。”
（同organic）有机
十多年来，世界各地的研究小组一直试图克服阻止在LiB中使用硅阳极的问题，主要是通过设计可随阳极一起扩展的柔性有机电极
然而，他们开发的大多数解决方案要么被证明是完全无效的，要么是适度有效的，因此只能部分防止SEI损害
信用:陈等
“很长一段时间以来，LIB研究团体一直试图设计技术，使像硅这样的高容量阳极工作，”马里兰大学化学与生物分子工程系和化学与生物化学系教授说，他也是极端电池研究中心的主任
“这些研究人员主要通过引入昂贵的纳米制造工艺来研究硅材料
我们试图通过为高容量阳极设计电解液和相应的SEI来解决这个问题
" 陈、鲍罗丁、王和他们的同事设计了一种电解液，这种电解液可以提高LIBs中微米级硅阳极的性能，防止损坏它们的外部保护屏障
与以前提出的解决方案相比，他们的方法大大减少了电解质的降解，从而在电池失去容量之前允许更长时间的电池循环
研究人员研究的最终目标是确定一种通用的、可移植的解决方案，这种解决方案可以促进锂基电池高容量阳极的开发
为了实现这一点，他们设计了使用LiPF6的电解质，LiP F6是一种最先进的盐和醚溶剂的混合物，形成了非常坚固的富含LiF的SEI保护层
奥列格解释说:“特殊的溶剂化结构(盐和溶剂之间的相互作用)以及盐和溶剂的还原倾向之间的巨大差距，促进了硅上独特的富锂自组装膜的形成，这对于循环高容量硅阳极非常有帮助。”
“我们设计的电解液为当前的LIB技术提供了一个简单的解决方案，不需要昂贵的处理，同时保持了前所未有的高循环稳定性和库仑效率
" 陈、鲍罗丁、王和他们的同事最近的研究证明，在含硅阳极的LiB中实现良好的循环和高的CE实际上是可能的，并且可以通过简单地更换电池内部的电解质来实现，这在以前被认为是不切实际或完全不可行的
他们电解质设计背后的原理理论上也可以应用于所有高容量合金阳极
在未来，这种设计可以创造出性能更好的锂基电池，其阳极材料不是石墨
“我们的发现为电解质设计指出了一个新的方向，并可能给全世界的研究团队在LiB中应用高容量阳极材料的信心，”王说
“我们的下一步将是改善电解液的电压窗口，并尝试向电池制造商许可这项技术
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