二氧化硅纳米颗粒在抑制锂枝晶生长中的作用机制及多功能应用研究

本文系统研究了SiO2纳米颗粒作为电解液添加剂在锂金属电池（LMBs）中的多重功效。通过电化学测试结合7Li NMR、XPS和SEM等表征技术，证实SiO2可促进形成富含LiF的稳定固态电解质界面（SEI），实现均匀锂沉积，有效抑制枝晶生长。在Li||Cu和Li||S电池中均展现出延长循环寿命、提高库伦效率（CE）的优异性能，为发展高安全性锂金属电池提供了新思路。

　　

Highlight

本研究揭示了SiO₂纳米颗粒作为电解液添加剂的多重优势：在Cu||Li和Li||S电池中显著提升电化学性能，延长循环寿命并提高库伦效率。通过促进形成稳定的固态电解质界面（SEI），实现了更均匀的锂电沉积过程。

Coulombic efficiency and galvanostatic cycling performance

通过恒电流循环测试评估了含SiO₂添加剂对Cu||Li电池电化学性能的影响。如图1所示，含SiO₂电解液的电池展现出更长的循环稳定性，表明SiO₂促进了更稳定SEI的形成。在不同电流密度下，含添加剂电池的过电位显著降低，电压曲线更加平稳，证实了改性的SEI具有更好的离子传导性。

Conclusions

本研究表明，电解液中添加SiO₂纳米颗粒可显著提升Li||Cu电池性能。恒电流测试显示含SiO₂电池具有更长循环寿命，证实其促进形成更稳定SEI。扫描电镜（SEM）分析证实SiO₂能诱导均匀锂沉积，⁷Li核磁共振（NMR）和X射线光电子能谱（XPS）显示枝晶形成减少，SEI组分中Li_xO₂减少而LiF增加。在Li||S电池中，SiO₂改性电解液还能有效抑制多硫化物穿梭效应，展现出多重功能优势。