研究硅颗粒中固体电解质界面的失效机制

锂离子电池因其自放电率低、循环寿命长等优点而广泛应用于新能源汽车。目前商用锂离子电池负极材料主要采用石墨，理论容量仅为372mAhg-1，已逐渐不能满足日益增长的能量密度需求。

硅因其4,200mAhg-1的理论容量而被广泛研究，然而硅在锂化和脱锂过程中体积变化高达300%，随之而来的机械性能劣化和容量损失阻碍了其应用。

为了降低机械变形带来的不利影响，人们深入研究了硅结构优化，并有效提高了循环性能。然而，硅基储能材料的长远发展不仅需要稳定的电极，还需要稳定的电极与电解质之间的界面相。

传统锂离子电池中广泛使用的有机电解质在阳极表面还原形成一层称为固体电解质中间相(SEI)的薄膜。

不幸的是，硅体积的剧烈变化会导致应力累积和SEI的破坏，随后SEI会在暴露的阳极表面上再生，大大增加不可逆的锂和电解质消耗并导致容量下降。因此，稳定硅材料上SEI的力学性能显得尤为重要。

为此，中国科学技术大学谭鹏教授团队从电极材料性质、SEI几何性质、电池工作条件三个角度，对SEI的机械稳定性进行了建模研究，相关工作已发表在《先进粉末材料》上。

该建模基于连续介质力学模型，并结合电化学传质过程。

该团队通过建立单个电极颗粒的模型，定量分析了三个因素对SEI稳定性和电池容量利用率的影响。

他们发现，为了提高SEI稳定性，在电极材料设计中应尽可能采用粒径较小的球形硅。在SEI几何形状方面，人为构建结构均匀的SEI尤为重要，而在电池操作方面，高多重性会带来更高的容量利用率，但不利于SEI稳定性。

该研究成果展示了SEI的高稳定性设计和运行策略，将指导高循环稳定性硅基储能电池的开发。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！