1報告人：王雪鋒中國科學院物理研究所Email:wxf@2023年10月27日22.SEI膜隨循環(huán)演變---電池容量失效3.SEI膜隨溫度演變---電池低溫失效4.SEI膜的熱穩(wěn)定性---電池熱失控5.SEI膜的人工調(diào)控鋰離子電池失效機制017,341,017,341,373-386.Birkl,C.R.;Roberts,M.R.;McTurk,E.;Bruce,P.G.;Howey,D.A.,Degradationdiagnosticsforlithiumioncells.J.PowerSources2鋰電池界面演變鋰電池界面演變Ng,B.;.JournalofNg,B.;.JournalofMaterialsChemistryA2021,不不不不壓流環(huán)度力電電循溫壓壓流環(huán)度力電電循溫壓硅基4能能5界面分析方法完備的表征工具Chen,L.,ElectrochemicalEnergyReviews2020,3(1),187-219.冷凍電鏡技術(shù)冷凍電鏡技術(shù)與平臺低溫和低劑量成像冷凍超薄切片儀6保證低損、真實、代表性結(jié)果6課題組特色冷凍電鏡流程空氣敏感樣品制備轉(zhuǎn)移成像分析空氣敏感粉末樣品電極樣品固-固界面固-液界面保護轉(zhuǎn)移低溫轉(zhuǎn)移低溫成像HRTEMSTEMEDS/EELS數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計分析價態(tài)分析結(jié)構(gòu)分析7價態(tài)分析SEI膜的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性TheSolidTheSolidElectrolyteInterphase–TheMostImportantandtheLeastUnderstoodSolidElectrolyteinRechargeableLiBatteries-MartinWinter(2009)A1703-A1719.理想SEI膜：8離子導電機制：顆粒體相、晶界？892.SEI膜隨循環(huán)演變---電池容量失效3.SEI膜隨溫度演變---電池低溫失效4.SEI膜的熱穩(wěn)定性---電池熱失控5.SEI膜的人工調(diào)控硅負極的容量損失和SEI膜主要問題：1.容量(可逆或不可逆)來源？LixSi和SEI的Li+2.SEI膜的含量、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和演變3.容量衰減原因和添加劑的作用Zhang,X.;Weng,S.;Yang,G.;Li,Y.*;Li,H.;Su,D.;Gu,L.;Wang,Z.*;Wang,X.*;Chen,L.,InterplayBetweenSolid-ElectrolyteInterphaseand(In)ActiveLixSiinSiliconAnode.CellReportsPhysicalScience,2021,100668滴定-氣譜定量方法TGCJ.;Xu,K.;Wang,X.;Meng,Y.S.,QuantifyinginactiSEI膜隨循環(huán)演變xSi合金反應從0.13V開始SEI的成分演變SEI的納米結(jié)構(gòu)SEI的機械性能SEI少、厚、疏松SEI多、薄、致密SEI膜隨循環(huán)演變1.SEI膜的‘呼吸作用’依然存在，即放電時增多，充電時減少2.不含F(xiàn)EC的第二周放電生成的SEI含量大概是第一周的3倍，可能原因是顆粒破碎3.含F(xiàn)EC的第二周放電生成的SEI含量稍微多于第一周而且充電時略微減少，趨于穩(wěn)定4.從第二周開始，Si負極的容量損失主要來自SEI的生成5.構(gòu)建穩(wěn)定的SEI膜是關(guān)鍵，尤其是富含LiFSEI膜的演變圖像Zhang,X.;Weng,S.;Yang,G.;Li,Y.*;Li,H.;Su,D.;Gu,L.;Wang,Z.*;Wang,X.*;Chen,L.,InterplayBetweenSolid-ElectrolyteInterphaseand(In)ActiveLixSiinSiliconAnode.CellReportsPhysicalScience,2021,100668有益的SEI：富含LiF等惰性物質(zhì)、薄、致密、穩(wěn)定2.SEI膜隨循環(huán)演變---電池容量失效3.SEI膜隨溫度演變---電池低溫失效4.SEI膜的熱穩(wěn)定性---電池熱失控5.SEI膜的人工調(diào)控常溫/低溫鋰沉積過程+從電解液到電極材料經(jīng)歷的過程：清晰認識清晰認識Li+的輸運過程、準確識別限速步驟、探明限速步驟與電化學性能之間電解液溶劑化結(jié)構(gòu)表征鋰金屬電池的低溫電化學性能與電解液的化學成分密切相關(guān)三種電解液：6SutingWeng;Zhang,X.;Yang,G.;Zhang,S.;Ma,B.;Liu,Q.;Liu,Y.;Peng,C.;Chen,H.;Yu,H.;Fan,X.;Cheng,T.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,Temperature-dependentinterphaseformationandLi+transportinlithiummetalbatteries.Nat.Commun.2023,14(1),4474.鋰沉積/溶解庫倫效率鋰金屬電池的低溫電化學性能與電解液的化學成分密切相關(guān)三種電解液：6SutingWeng;Zhang,X.;Yang,G.;Zhang,S.;Ma,B.;Liu,Q.;Liu,Y.;Peng,C.;Chen,H.;Yu,H.;Fan,X.;Cheng,T.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,Temperature-dependentinterphaseformationandLi+transportinlithiummetalbatteries.Nat.Commun.2023,14(1),4474.沉積鋰形貌和“死”鋰含量反應限速步驟？離子電導率離子電導率LiFSI–MTFA/FEC的離子電導率在不同溫度始終低于另外兩種電解液，說明低溫下電解液離子電導率降低并非是電化學性能惡化的主要原因溶劑化Li+去溶劑化過程vs.Li+通過SEI膜輸運？界面反應動力學瓶頸以Li4Ti5O12以Li4Ti5O12為工作電極和對電極弱化RSEI的貢獻85.14Ω1522.53Ω1249.1085.14Ω1522.53Ω1249.10Ω318.22ΩSEI阻抗Li+通過LiFSI–MTFA/FEC電解液形成的SEI膜具有更快的輸ct等效電路擬合得到Rctct的主要影響因素分別將Li||Cu電池在三種電解液（PED、FED和FMF）中0°C循環(huán)10周，形成穩(wěn)定的DMC清洗極片去除殘留的電解液后，再使用相同的電解液如FMF重新組裝電池去溶劑化能壘差別較小ct限速步驟：Li+通過SEI膜輸運√隨溫度界面演變游離SEI界面隨溫度演變規(guī)律Cryo-TEM：局域結(jié)晶物質(zhì)敏感XPS：輔助識別非晶態(tài)有機組分兩種EC/DMC電解液形成SEI膜成分相近（紅框）組分來源于溶劑分解；含F(xiàn)衍生物來源于MTFA和FEC分解形成更多含F(xiàn)產(chǎn)物預形成SEI膜后的低溫性能）：SutingWeng;Zhang,X.;Yang,G.;Zhang,S.;Ma,B.;Liu,Q.;Liu,Y.;Peng,C.;Chen,H.;Yu,H.;Fan,X.;Cheng,T.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,Temperature-dependentinterphaseformationandLi+transportinlithiummetalbatteries.Nat.Commun.2023,14(1),4474.小結(jié)：溫度調(diào)控鋰金屬電池界面相和Li+輸運Li+通過SEI膜的擴散是限制鋰金屬電池低溫反應/反應（熱力學方面），形成富含有機中間產(chǎn)物組成的SEI膜，增大了Li+在其中擴散的阻力（動力學方面）通過界面工程，如調(diào)控電解液溶劑化結(jié)構(gòu)或者設計性質(zhì)優(yōu)異的人工SEI膜有助于緩解溫度對界SutingWeng;Zhang,X.;Yang,G.;Zhang,S.;Ma,B.;Liu,Q.;Liu,Y.;Peng,C.;Chen,H.;Yu,H.;Fan,X.;Cheng,T.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,Temperature-dependentinterphaseformationandLi+transportinlithiummetalbatteries.Nat.Commun.2023,14(1),4474.2.SEI膜隨循環(huán)演變---電池容量失效3.SEI膜隨溫度演變---電池低溫失效4.SEI膜的熱穩(wěn)定性---電池熱失控5.SEI膜的人工調(diào)控SEI膜的熱穩(wěn)定性與電池熱失控SEI膜熱分解引發(fā)電池熱失控石墨化碳纖維Wu,J.;Wang,X.*,In-situdetectingthermalstabilityofsolid34electrolyteinterphase(SEI).Small.2023,e2208239.原位加熱XPS探測SEI熱分解 GC監(jiān)測釋放氣體SEI膜熱分解結(jié)構(gòu)演變熱穩(wěn)定SEI：富含無機成分和穩(wěn)定有機物Wu,J.;Wang,X.*,In-situdetectingthermalstabilityofsolidelectrolyteinterphase(SEI).Small.2023,e2208239.2.SEI膜隨循環(huán)演變---電池容量失效3.SEI膜隨溫度演變---電池低溫失效4.SEI膜的熱穩(wěn)定性---電池熱失控5.SEI膜的人工調(diào)控人工SEI膜調(diào)控預鋰化+電解液處理Step1先進電解液的新型用法接近電化學過程Step2Xu,S.;Fang,Q.;Wu,J.;Weng,S.;Li,X.;Liu,Q.;Wang,Q.;Yu,X.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,InterphaseEngineering39EnhancedElectro-chemicalStabilityofPrelithiatedAnode.Small2023,n/a(n/a),2305639.Xu,S.;Fang,Q.;Wu,J.;Weng,S.;Li,X.;Liu,Q.;Wang,Q.;Yu,X.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,InterphaseEngineering40EnhancedElectro-chemicalStabilityofPrelithiatedAnode.Small2023,n/a(n/a),2305639.人工SEI膜效果—保持預鋰化Xu,S.;Fang,Q.;Wu,J.;Weng,S.;Li,X.;Liu,Q.;Wang,Q.;Yu,X.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,InterphaseEngineering41EnhancedElectro-chemicalStabilityofPrelithiatedAnode.Small2023,n/a(n/a),2305639.人工SEI膜改善電化學性能增強界面離子傳輸(c)Xu,S.;Fang,Q.;Wu,J.;Weng,S.;Li,X.;Liu,Q.;Wang,Q.;Yu,X.;Chen,L.;Li,Y.;Wang,Z.;Wang,X.,InterphaseEngineering42EnhancedElectro-chemicalStabilityofPrelithiatedAnode.Small2023,n/a(n/a),2305639.人工SEI膜成分與結(jié)構(gòu)Xu,S.;Fang,Q.;Wu,J.;Weng,S.;