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Skoltech探讨EC-PC电解质成分差异有望提升锂离子电池性能

盖世汽车 Elisha 2024-10-30 12:58:07

核心提示：该团队为碳酸乙烯酯（电解质成分）在锂离子电池中所发挥的作用提供了新见解，并解释了为什么该材料和碳酸丙烯酯（具有电化学相似性）对电池石墨阳极的表现如此不同。

盖世汽车讯研究人员对锂离子电池领域长期存在的一个难题提出了解释。据外媒报道，斯科尔科沃理工学院（Skoltech）的团队为碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，电解质成分）在锂离子电池中所发挥的作用提供了新见解，并解释了为什么该材料和碳酸丙烯酯（propylene carbonate，具有电化学相似性）对电池石墨阳极的表现如此不同。

（图片来源：Skoltech）

在锂离子电池商业化初期，研究人员就遇到了石墨阳极发生腐蚀的问题。碳酸丙烯酯基电解质对金属锂非常友好，但对石墨却表现出很强的腐蚀性。这一问题阻碍了石墨电极的使用，直到人们使用碳酸乙烯酯来代替碳酸丙烯酯。虽然从电化学角度来看，这两种材料的分子非常相似，但它们对石墨阳极的表现却截然不同。

这种现象被称为EC-PC差异。几十年来，电池界一直在研究和讨论被称为“神奇溶剂”的碳酸乙烯酯所起的作用，并提出了许多假设。然而，人们至今仍未达成共识。这个问题不仅具有理论意义，除了选择EC（而不是PC）作为电解质的溶剂基础，它对电池设计还具有更广泛的影响。

Skoltech Energy的研究人员提出，电解质中存在的碳酸乙烯酯会导致石墨表面形成一层薄薄的、非常粘稠的液体。该层液体可以保护石墨，以免太多的电解质分子渗透到石墨层之间（过度嵌入），并最终剥离石墨层，从而损坏阳极（腐蚀性剥落）。为验证这一假设而进行的实验证实，该层液体确实出现在EC基电解质中，而不是PC基电解质中。

值得一提的是，该粘性液体层在固体电解质界面（SEI）形成之前出现，并影响了SEI的形成。作为锂离子电池的重要组成部分，SEI是在电池初始循环期间形成于阳极表面的固体电解质薄膜，可以保护并避免石墨阳极快速降解，以及防止液体电解质持续发生电化学还原。

这项关于锂离子电池界面过程的新见解，为电解质成分和阳极-电解质界面动力学之间的相互作用提供了新视角。对于通过智能设计固体电解质界面来开发更高效稳定的电池，这具有重要意义。

这项研究中提出的方法不仅限于锂离子电池，而且为钠离子电池和钾离子电池等新兴技术提供了有价值的见解。这些电池在固体电解质界面形成方面面临着类似挑战。该研究可以帮助人们了解电解质成分的物理性质如何影响界面动力学，有望加速储能领域创新。