Gränssnittsnedbrytningsprodukterna som bildar den så kallade fastelektrolytinterfasen (SEI) under den första laddningen/urladdningen avgör avsevärt de elektrokemiska prestanda för litium (Li) batterier. Hittills, de dynamiska utvecklingen, kemiska kompositioner, stabilitet och de påverkande faktorerna för SEI -filmer har fått många uppmärksamhet.

Det noteras att, i motsats till SEI -filmbildningen vid elektrodernas yta, ett slags SEI-skal bildas vanligtvis i det yttersta lagret på det deponerade Li på plats när den nyligen deponerade Li kommer i kontakt med elektrolyten, som direkt kan påverka Li -kärnbildning, tillväxtbeteenden och elektrokemiska egenskaper vid elektrod/elektrolytgränssnittet.

Vidare, de kemiska/morfologiska instabiliteten hos det på plats bildade SEI-skalet utgör utmaningar för in situ-karakteriseringar. Direkt fånga den dynamiska utvecklingen av SEI -skalen är avgörande för att tolka deras inverkan på anod/elelktrolytgränssnittet och batteriets prestanda.

Den elektrokemiska atomkraftsmikroskopin (EC-AFM) möjliggör realtidskaraktärisering av morfologiförändringen, mekanisk modul och potential/strömfördelning vid elektrod/elektrolytgränssnittet under arbetsförhållanden, tillhandahåller en viktig analysmetod på plats med hög rumslig upplösning för att utforska den dynamiska utvecklingen av det på plats bildade SEI-skalet på det deponerade Li.

Nyligen, Prof. Li-Jun Wan och prof. Rui Wen et al. ge ett enkelt visualiserat bevis på SEI-skalets utveckling under Li-avsättning/strippning för att avslöja anodnedbrytning via in-situ EC-AFM.

Under Li -avsättningen, de kvasi-sfäriska Li-partiklarna kärnar och växer på en Cu-elektrod. Senare, kollapsen av SEI -skalen fångas tydligt med den kontinuerliga Li -strippningen. När cyklingen fortskrider, nya Li-insättningar är benägna att kärnkämpa på insättningsfria platser med högre elektrokemisk aktivitet. De färska SEI-skalen bildas på nyavsatt Li medan de ursprungliga SEI-skalen behåller sin kollapsade morfologi vid samma position. Svår SEI -regenerering/kollaps tillsammans med elektrolytutarmning och ökande gränssnittsimpedans tar ett av ansvaren för nedbrytningen av anoder.

Detta arbete avslöjar gränssnittsutvecklingen på nanoskala, ger djup inblick i den grundläggande förståelsen av SEI -egenskaper och leder ytterligare förbättringsstrategier för gränssnittsdesignen i Li -batterier.