鋰離子電池陽極固態(tài)電解質(zhì)層的分析

由于電解質(zhì)層對電池的影響巨大，因此電極材料采用硅基鋁合金。因為鋁合金材料在發(fā)生鋰化反應(yīng)時體積將膨脹400%，使已經(jīng)存在的電解質(zhì)層破裂，而陽極表面露出有利于鋰電池放電，電解質(zhì)層不斷破裂將會改善電池的比容量和壽命，因此研究電解質(zhì)層的形成非常有必要。

分析固態(tài)電解質(zhì)層（SEI）的形成過程可以更加安全和高效地利用新型陽極材料。通過電化學(xué)阻抗譜（EIS）和X射線光電子能譜（XPS），研究電解質(zhì)層和鈦酸鋰陽極的形成，電化學(xué)阻抗譜可以通過調(diào)節(jié)等間距電壓的方法來觀察電解質(zhì)層的形成，光電子能譜法可以觀察到電解質(zhì)層的化學(xué)組成。

通過掃描式電子顯微鏡看出：硅電極上分布有均勻的黑炭粒和硅顆粒，表明炭包裹硅粒的鋰電池電極材料具有良好的性能；鈦酸鋰電極上的顆粒分布不均勻，并且有些顆粒有棱角，不如硅電極上的顆粒圓滑，顆粒也比較大。

通過X射線光電子能譜的峰值可以看出各化合物出現(xiàn)的時間和相對生成量。從能譜圖分析出，在電極制造過程中，電極暴露在空氣中時硅表面形成SiO2層，2～4min 后 形 成 Li4SiO4。 研 究 發(fā)現(xiàn)，電極上殘余LiPF6的增加與氟化物（如LiF）有關(guān)，可通過能譜了解電解質(zhì)層的化學(xué)形成過程。

研究還發(fā)現(xiàn)，硅陽極上阻抗的降低意味著穩(wěn)定的電解質(zhì)層由SiO2、Li4SiO4、LiF 和各種碳酸鹽組成，鈦酸鋰陽極阻抗提高了2倍，說明電解質(zhì)層沒有完全形成，LiF和各種碳酸鹽是這種鈦酸鋰陽極電解質(zhì)層的主要組成成分。

刊名：J Appl Electrochem（英）

刊期：2017年第47期

作者：Miriam Steinhauer

編譯：賈春輝