锂离子电池阳极固态电解质层的分析

锂离子电池阳极固态电解质层的分析

由于电解质层对电池的影响巨大，因此电极材料采用硅基铝合金。因为铝合金材料在发生锂化反应时体积将膨胀400%，使已经存在的电解质层破裂，而阳极表面露出有利于锂电池放电，电解质层不断破裂将会改善电池的比容量和寿命，因此研究电解质层的形成非常有必要。

分析固态电解质层（SEI）的形成过程可以更加安全和高效地利用新型阳极材料。通过电化学阻抗谱（EIS）和X射线光电子能谱（XPS），研究电解质层和钛酸锂阳极的形成，电化学阻抗谱可以通过调节等间距电压的方法来观察电解质层的形成，光电子能谱法可以观察到电解质层的化学组成。

通过扫描式电子显微镜看出：硅电极上分布有均匀的黑炭粒和硅颗粒，表明炭包裹硅粒的锂电池电极材料具有良好的性能；钛酸锂电极上的颗粒分布不均匀，并且有些颗粒有棱角，不如硅电极上的颗粒圆滑，颗粒也比较大。

通过X射线光电子能谱的峰值可以看出各化合物出现的时间和相对生成量。从能谱图分析出，在电极制造过程中，电极暴露在空气中时硅表面形成SiO2层，2～4min 后 形 成 Li4SiO4。 研 究 发现，电极上残余LiPF6的增加与氟化物（如LiF）有关，可通过能谱了解电解质层的化学形成过程。

研究还发现，硅阳极上阻抗的降低意味着稳定的电解质层由SiO2、Li4SiO4、LiF 和各种碳酸盐组成，钛酸锂阳极阻抗提高了2倍，说明电解质层没有完全形成，LiF和各种碳酸盐是这种钛酸锂阳极电解质层的主要组成成分。

刊名：J Appl Electrochem（英）

刊期：2017年第47期

作者：Miriam Steinhauer

编译：贾春辉