斯科爾科沃理工學院的研究人員為鋰離子電池科學領域一個長期存在的難題提出了一種解釋。他們的研究為碳酸乙烯酯(被稱為“神奇”電解質成分)在鋰離子電池中的作用提供了新的見解，并闡述了為什么這種材料和電化學性質相似的碳酸丙烯酯對石墨制成的電池陽極表現(xiàn)出如此不同的行為。

該研究結果發(fā)表在《材料化學A雜志》上，將為更安全、更高效的鋰離子電池電解質的設計提供指導。

在鋰離子電池商業(yè)化初期，研究人員就遇到了石墨 陽極腐蝕的問題。碳酸丙烯酯基電解質對金屬鋰非常友好，但對石墨卻有很強的腐蝕性。這一問題阻礙了石墨電極的使用，直到碳酸亞乙酯被引入作為碳酸亞丙酯的替代品。雖然從電化學角度來看，這兩種材料的分子非常相似，但它們對石墨陽極的表現(xiàn)卻截然不同。

這種現(xiàn)象被稱為 EC-PC 差異，以化合物的縮寫名稱命名。幾十年來，電池界一直在廣泛研究和討論這種“神奇溶劑”碳酸乙烯酯的作用，并提出了許多假設。然而，至今仍未達成共識。

在他們的新論文中，Skoltech Energy 的高級研究員 Sergey Luchkin 和首席工業(yè)工程師 Egor Pazhetnov 提出，電解質中碳酸亞乙酯的存在會導致石墨表面形成一層薄薄的非常粘稠的液體。

該層通過防止過多的電解質分子滲透到石墨層之間(過度插層)并最終剝落石墨層從而損壞陽極(腐蝕性剝落)來保護石墨。為驗證這一假設而進行的實驗證實，該層確實出現(xiàn)在基于 EC 的電解質中，但沒有出現(xiàn)在基于 PC 的電解質中。

值得注意的是，粘稠液體層在固體電解質界面相形成之前出現(xiàn)，因此會影響其形成。SEI 是鋰離子電池的重要組成部分。它是電池在工廠首次循環(huán)期間在陽極表面形成的一層固體電解質薄膜。該層可保護石墨陽極免于快速降解，并防止液體電解質持續(xù)電化學還原。

對鋰離子電池界面過程的新見解為電解質成分與陽極-電解質界面動力學之間的相互作用提供了新的視角，這對于通過固體電解質界面相的智能設計開發(fā)更穩(wěn)定、更高效的電池至關重要。這項研究提出的方法不僅限于鋰離子電池，還為鈉離子電池和鉀離子電池等新興互補技術提供了寶貴見解。這些技術在固體電解質界面形成方面面臨著類似的挑戰(zhàn)。

該研究增進了我們對電解質成分的物理特性如何影響界面動力學的理解，有可能加速儲能領域的創(chuàng)新。