在日常生活中，鋰離子電池已經變得不可或缺，而鋰離子電池關鍵是在初始循環中形成鈍化層。據外媒報道，卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute of Technology，KIT)的研究人員通過仿真發現固體電解質界面不是直接在電極上形成，而是在溶液中聚集形成。這一發現可優化未來電池的性能和壽命，且相關研究已發表于期刊《Advanced Energy Materials》。

圖片來源：卡爾斯魯厄理工學院

從智能手機到電動汽車，任何需要移動能源的地方幾乎采用的都是鋰離子電池。鋰離子電池和其他液體電解質電池實現可靠的重要因素是固體電解質中間相(SEI)。該鈍化層在第一次施加電壓時形成。電解液在表面附近即時分解。到目前為止，尚不清楚電解質中的顆粒如何在電極表面形成高達100納米厚的層，因為分解反應只能在距表面幾納米的距離內進行。

陽極表面的鈍化層對鋰離子電池的電化學容量和壽命至關重要，因為它在每個充電周期都承受著很高的壓力。當SEI在此過程中破裂時，電解液會進一步分解，電池容量會降低，這一過程也決定了電池的壽命。通過正確了解SEI的生長和組成，可以控制電池的性能。但到目前為止，沒有任何實驗或計算機輔助方法足以破譯SEI在不同維度上發生的復雜增長過程。

KIT納米技術研究所(INT)的研究人員現已設法通過多尺度方法表征SEI的形成。研究小組主任Wolfgang Wenzel教授表示：“這解決了關于所有液體電解質電池的重大謎團，尤其是我們每天都使用的鋰離子電池。”

超過50,000次針對不同反應條件的仿真

為了檢查液態電解質電池陽極鈍化層的生長和組成，INT的研究人員生成了代表不同反應條件的50,000多個仿真的集合。他們發現有機SEI的生長遵循溶液介導的途徑。首先，直接在表面形成的SEI前體通過成核過程在遠離電極表面的地方連接。隨后核的快速生長導致形成最終覆蓋電極表面的多孔層。

這些發現可提供解決方案，以解決SEI只能在電子可用的表面附近形成的問題，且一旦該狹窄區域被覆蓋，SEI的生長就會停止。INT博士后和該研究的作者之一Saibal Jana博士解釋說：“我們能夠確定決定SEI厚度的關鍵反應參數。這將有助于未來開發電解質和合適的添加劑，以控制SEI的特性并優化電池的性能和壽命。”