一种通过导电性丰富的LiF–Li2O–LiCl中间层来实现低成本稳定双阴离子电解质的硅阳极的方法

《Journal of Materials Chemistry A》：A cost-effective dual-anion electrolyte stabilizing silicon anodes via a conductive LiF–Li2O–LiCl-rich interphase

硅基负极高容量但存在体积膨胀和界面不稳定性问题，醚基电解质固有的氧化不稳定性（<4V）限制了其与高电压正极的兼容性。本研究提出双阴离子电解质策略，ClO4^-抑制铝腐蚀并优化溶剂化结构提升醚基氧化稳定性，FSI^-/ClO4^-协同分解形成LiF-Li2O-LiCl富集的ternary SEI，兼具机械强度与高离子电导率。实验表明该SEI在硅碳负极/锂金属阳极半电池及高电压硅碳负极/锂镍钴锰正极全电池中均表现出优异循环稳定性，为商业级高能量密度硅负极电池开发提供可扩展的电解质工程范式。

　　

硅（Si）阳极为下一代锂离子电池提供了超高的理论容量（约4200 mAh g^?1），但存在严重的体积膨胀（>300%）和界面不稳定性问题。基于醚的电解质能够形成富含有机醚化合物的柔性固体电解质界面（SEI）层，以适应硅的膨胀，但其固有的氧化不稳定性（<4.0 V vs. Li/Li⁺）从根本上限制了其与高电压正极的兼容性。本文提出了一种新型的双阴离子电解质策略，旨在协同克服这些限制。引入的ClO₄^?阴离子在电压高于4.0 V时通过原位钝化作用有效防止了铝的腐蚀，同时优化了溶剂的结构，提高了醚类溶剂的氧化稳定性。关键在于，FSI^?/ClO₄^?的协同分解形成了一种三元SEI结构：LiF赋予结构机械强度，而Li₂O/LiCl则提升了离子导电性。结合具有良好柔韧性的有机醚成分，这种多功能SEI显著提升了Li‖Si/C半电池以及高电压Si/C‖LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电池的循环稳定性。这项工作证明了可扩展的双阴离子电解质工程技术是实现高能量密度硅阳极商业化的一种可行方法，且不会影响成本或电压兼容性。