氟乙腈处理稳定预锂化电极表面，助力高能量密度电池飞跃

在锂离子电池（LIB）领域，硅基阳极虽具高容量优势，但初始库仑效率低、体积变化大等问题突出。研究人员开展氟乙腈处理预锂化硅基阳极的研究，结果表明该方法可稳定电极表面、提升性能，对实现预锂化策略意义重大。

　　如今，随着科技的飞速发展，便携式电子设备、电动汽车和智能电网等领域对能源的需求与日俱增。锂离子电池（LIB）作为重要的储能设备，其能量密度成为了科研人员重点攻克的目标。硅基阳极凭借比石墨高十倍的容量，以及约 0.4 V（vs. Li⁺/Li）的合适电压和安全性，被视为实现高能量密度电池的理想选择。然而，它也面临着诸多挑战。一方面，在形成固体电解质界面（SEI）的过程中，会消耗大量活性物质，导致初始库仑效率较低；另一方面，在深度锂化（Li₁₅Si₄）时，硅基阳极体积变化可达 300%，这使得脆弱的 SEI 不断重复构建，进而造成不可逆的容量衰减，严重影响了电池的整体性能，如容量降低、循环稳定性变差等。

为了解决这些问题，科研人员一直在探索有效的策略，预锂化便是其中备受关注的一种。预锂化通过提前在阳极中引入锂，补偿 SEI 形成所消耗的锂，从而保障电池运行时的锂储量，减少不可逆容量，降低体积变化，提升库仑效率、能量密度和循环性能。但现有的预锂化方法也存在不足，例如工业上广泛使用的阳极与锂箔机械加压接触预锂化法，虽然操作简便、成本低，却难以精确控制预锂化程度，常导致硅基阳极过度预锂化，多余的锂会与湿度反应生成绝缘产物，降低电池性能，阻碍了该方法在硅基阳极中的广泛应用。

在这样的背景下，中南大学的研究人员开展了一项针对稳定预锂化硅基阳极的研究。他们发现，利用氟乙腈处理预锂化电极，不仅能消除多余的锂，还能在电极表面生成基于 LiF 的无机化合物。经过一系列实验验证，研究人员得出结论：该方法显著降低了预锂化阳极的反应活性，增强了 SEI 的离子导电性。经过氟乙腈处理的电极界面稳定性大幅提升，即使在 -50℃露点环境下暴露 48 小时，或处于 20% 湿度环境中，仍能保持高性能。富含 LiF 的表面如同人工 SEI，有效提高了硅基阳极的容量、库仑效率以及高能量密度电池中的循环性能。这一研究成果为解决硅基阳极在高能量密度电池应用中的难题提供了新途径，对推动锂离子电池技术的发展具有重要意义，该研究成果发表在《Applied Surface Science》上。

研究人员在开展研究时，采用了多种关键技术方法。首先是样本制备技术，将多种材料按特定比例制成电极浆料，均匀涂覆在铜箔上并真空干燥，再与锂带辊压结合。其次是表面处理技术，对预锂化后的电极表面均匀喷涂氟乙腈溶液进行表面稳定处理。此外，还运用了电化学测试技术，以此来评估电极性能的各项指标。

结果与讨论

研究人员详细阐述了氟乙腈处理阳极的制备过程。先将硅 - 石墨阳极与锂箔压合进行接触预锂化，在 -60℃露点下放置 12 小时使预锂化反应达到平衡，然后喷涂氟乙腈溶液实现表面稳定化。研究发现，预锂化有效提升了初始库仑效率和反应动力学。经过氟乙腈衍生物修饰稳定预锂化电极界面后，电极的可逆容量、倍率性能和循环稳定性均得到显著改善。氟乙腈与预锂化电极表面多余的锂反应，形成富含 LiF 变体的改性 SEI。这种人工 SEI 具有有机核心和无机外壳，在提升电池性能方面发挥了关键作用。

结论

研究人员开发出一种利用氟乙腈稳定预锂化硅基阳极反应性表面的简便方法。氟乙腈与 Si/C - Gr 电极表面多余的锂反应，转化为基于 LiF 的物质，保护预锂化阳极表面。这些基于 LiF 的钝化物质充当人工 SEI，避免了预锂化电极与湿度发生不良反应，还可能限制进一步的副反应。这一研究成果为高能量密度电池中硅基阳极的应用提供了稳定且高效的解决方案，对推动锂离子电池技术朝着更高能量密度、更好循环性能的方向发展具有重要的理论和实践价值，有望为相关产业带来新的突破。