鋰電池早已進入人們生活的方方面面，怎么樣設計出更加安全、高性能的鋰電池是大家十分關心的問題。在鋰電池充放電過程中，電極材料和電解質溶液在固液界面上會發(fā)生反應，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層，稱為固體―電解液界面（SEI，solidelectrolyteinterface）層。研究人員發(fā)現SEI層決定了大多數電池的性能，但人們關于SEI層的結構和性質的了解還非常有限。

我國科學院理論物理研究所研究員王延颋、博士研究生蘇茂和美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）朱梓華課題組合作，使用二次離子質譜（SIMS）實驗手段結合分子動力學模擬方法對SEI層的形成和物理化學性質進行了研究。相關結果發(fā)表于NatureNanotechnology雜志。

鋰電池在首次充電時，在任何相界面化學發(fā)生之前，由于鋰離子和電極表面勢的用途，溶劑分子會在電極和電解液界面上迅速自組裝形成電雙層。這一電雙層的結構決定了電池的相界面化學性質。特別地，當電極充上負電荷時，其表面的電雙層結構會排空陰離子（如氟離子等），從而形成一層很薄的、稠密的、無機的SEI內層。這個稠密層的重要功能是傳導鋰離子而絕緣電子。SEI內層形成之后，會進一步形成富含有機分子、可以滲透到電解液當中的外層。研究發(fā)現SEI內層的重要成分為氧化鋰，否定了相界面上含有氟化鋰的傳統(tǒng)觀點。對某些種類的電池而言，由于氟離子在相界面上起著非常重要的用途，必須引入含氟的溶劑或者添加劑。

該項研究解決了長期困擾人們的SEI層特性的問題。