北大潘锋散漫十单元破解硅基负极SEI妨碍演化机制 – 质料牛 散漫本文的散漫钻研下场

 人参与 | 时间：2025-07-23 12:21:15
当外部的潘锋破解氧化亚硅颗粒嵌锂缩短时，散漫本文的散漫钻研下场，“千层蛋糕”会像手风琴同样被拉开，单元但硅基负极有两大普遍招供的硅基痛点：

（1）硅基颗粒的体积缩短/缩短率大；（2）概况的固体电解质膜（SEI膜）不断妨碍增厚。SEI的负极I妨厚度会随着循环历程不断增厚，电池企业，碍演乐成揭示了SEI的化机增厚机制；

3.建树了“硅基质料的体积缩短/缩短是SEI不断妨碍的根基原因”及相关失效机理，团队睁开措施直接测患了SEI的制质截面的面电导率（如图4），

01 导读

财富上新一代的料牛锂电池负极质料是硅碳质料，周围的潘锋破解“千层蛋糕”被压紧；当外部氧化亚硅颗粒脱锂缩短时，并演绎其对于电池失效的散漫影响，

原文链接：

Qian,单元 Y. Li, H. Chen, L. Xie, T. Liu et.al. Revealing the aging process of solid electrolyte interphase on SiOxanode. Nature Co妹妹unications (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-41867-6.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41867-6

 

需要随时做好更新认知的硅基豫备。特斯拉与宁德时期相助的负极I妨能源电池，增厚？碍演此外，主要搜罗微米级氧化亚硅复合石墨（硅氧碳）负极与纳米硅碳负极两大类。送钱无门”的情景。

传统的SEI被以为是绝缘的，并与外部的活性氧化亚硅颗粒概况坚持部份的粘性打仗。散漫10家国内外高校、“传统石墨已经达极限，好比在搭载硅碳负极，实用削减了负极极片的缩短率，主要搜罗氧化亚硅电极质料以及与其打仗组成导电收集的导电碳黑。

当初学术界、其已经在特斯拉与松下、SEI厚层是相似于“千层蛋糕”状的多层妄想，并不断妨碍、

该钻研以题为“Revealing the aging process of solid electrolyte interphase on SiOxanode”于克日宣告在驰名期刊Nature Co妹妹unications上，近期陆续有钻研在硅基负极、因此SEI理当具备导电性。同时暴展现厚的膜层在氧化亚硅颗粒概况，

04数据导读

图1 长循环历程中氧化亚硅颗粒概况SEI的增厚历程

凭证图1c-g，

图3 SEI的生前途程展现图

为了利便读者清晰，硅基负极将开新局”。这种“怪异天气”患上以批注。SEI层逐渐增厚、电极的导电收集被破损引起电池失效。团队提出经由限域妄想削减SEI的缩短的策略，图4e-g实现为了对于SEI地域导电成份的测定与导电收集的可视化。一再缩短/缩短的活性颗粒会建议着SEI像肺部同样“呼吸”。锂金属等负极中审核到了SEI厚膜。这种SEI艰深存在于不清晰体积缩短/缩短、文章揭示了一种加盖石墨呵护层措施，SEI不断妨碍，SEI的导电性由于其外部电子渗流收集的稀释而飞腾的道理。

图4 SEI导电性的直接丈量与导电收集的可视化

图4 a-c接管纳米探针丈量了差距地域的面电导率，

02下场掠影

北京大学深圳钻研生院潘锋教授团队历时4年，比氧化亚硅高，偏偏与电池开始失效的阶段相不同。厚度激增的阶段，同时也开辟了人们对于SEI这一电池中紧张且重大的成份，因此SEI厚膜中确定有导电成份以及导电收集。电池的循环晃动性患上以清晰提升。历经多少百次充放电的商业废旧电池中，质料厂争相入局。可能预料SEI在“呼吸”历程中把导电收集中的导电碳黑包覆在其中，好比石墨。各大电池厂、SEI被以为是一层多少纳米厚的电子绝缘体，接管离子-电子双束扫描电子显微镜零星（FIB-SEM），图4d服从展现，基于该失效机理，咱们以生涯中罕有的物品打好比，

凭证电化学道理，

图5 限度SEI不断妨碍的策略

基于对于SEI厚膜妨碍机理的意见，修正了人们对于SEI是绝缘体的固无意见；

2.提出“SEI呼吸模子”，SEI是在低电位下电解液溶剂份子在电极界面患上到电子爆发分解反映而组成有机以及有机的复合膜，象征着电解液不断被破费，也是学术界以及企业界颇为体贴的下场。SEI的面导电率比导电碳黑低，财富界正在配合引领高功能硅基负极的研发，演化的历程，从而修正了人们对于SEI是绝缘体的固无意见。并抵达逾越1μm的厚度；散漫图a，发现其有较高的电导率，属于半导体。

图2 差距循环形态下氧化亚硅颗粒及其概况SEI的三维形貌

由三维形貌可知关键信息：SEI厚膜是360°无去世角的全方位包裹住了氧化亚硅颗粒，会在硅基质料概况组成300-500nm的SEI厚层。

尽管搭载硅碳质料的电池具备更高的能量密度，电子以隧穿的方式穿入/穿出SEI层。导电碳黑的不断打仗组成“电子渗流效应（电子的连通）”坚持着导电收集，这是近两年新能源行业告竣的普遍共识，这种情景下导电碳黑不断被散漫导致打仗削减使患上电子渗流削弱，

03中间立异点

1.经由直接测患上SEI截面的面电导率，并提出了实用改善道路。北京大学深圳钻研生院潘锋教授、北京大学深圳钻研生院博士后（现任中山大学助理教授）钱果裕以及博士生李轶伟为本文第一作者。更多的SEI因此不才次嵌锂历程中不断妨碍。不一再消融/聚积的负极质料系统中，

05下场开辟

在传统的认知中，终于零星性地揭示了氧化亚硅颗粒概况SEI膜妨碍、以及SEI层的厚度，在此历程中，填补了这一紧张迷信下场的钻研空缺。它妨碍的位点是在能传输电子活性颗粒吐露的概况，

可是，防止了电解液与硅基颗粒概况的偏激打仗，SEI膜缩短到确定的水平导致电子渗流中断，杨卢奕副钻研员为本文通讯作者，钻研团队以为硅基负极的失效机理是电池循环时SEI层在一再缩短/缩短逐渐增厚（体积增大），来声名SEI妨碍这一重大的历程。并施加纵向的机械应力限度了SEI的逍遥妨碍。颗粒概况不存在吐露的、与外界相连的部份，中高端电开工具电池中逐渐实现商用（负极比容量少数为420-650 mAh/g）。图4i形貌了长循环之后，对于新锐硅碳质料公司，致使泛起了上百家投资机构“穷追不舍，可视化了差距循环形态下的硅基颗粒及其概况SEI膜的三维形貌，奈何样抑制其不断妨碍，发现SEI快捷妨碍、变患上更密实。但为甚么扫描电子显微镜下清晰可见的“SEI厚层”可能包裹住硅基颗粒，为了证实这个预料，作为锂电池规模技术门槛高、伴同着电池临时的充/放电循环，科研机构、市场远景颇为广漠的赛道， 顶: 4踩: 759