目前电子市场迫切需求具有长续航性质的锂离子电池，硅氧负极因其较高的理论比容量而受到广泛关注。然而硅氧负极在电化学循环过程中会产生较大的体积变化（~130 %），常见的碳酸酯类电解液分解形成的电解质界面（SEI）膜不能适应循环过程中的体积变化而破碎并加速老化。
通过引入氟化电解液添加剂的方式可以有效地调节SEI膜的组分和形貌，抑制硅氧负极的界面副反应，改善电池的循环性能和倍率性能。但是目前对电解液添加剂氟化程度与界面化学之间的相关性研究较少，且大多数的氟化添加剂在锂离子电池中的分解动力学尚未得到深入的解析，揭示不同氟化添加剂分子结构与SEI之间的关系将有助于推动硅氧负极电解液的发展。
北京大学深圳研究生院潘锋/杨卢奕团队以丙二酸二甲酯为研究对象，研究氟代丙二酸二乙酯和二氟丙二酸二乙酯添加剂在硅氧负极界面的演化机制，构建了具有化学惰性和优异力学性能的SEI膜用于高性能的锂离子硅氧负极。
氟代丙二酸二乙酯分子中C-F键的键能要小于二氟丙二酸二乙酯分子中C-F键的键能，这意味着前者的分解速率更快，能够更早地在硅氧负极表面形成富含氟化锂的SEI膜。原位红外光谱进一步证明氟代丙二酸二乙酯将有效地钝化硅氧负极界面，阻止电解液溶剂的过度分解。
结合原位红外、XPS等相关表征，发现了氟代丙二酸二乙酯添加剂表现出更优异的分解动力学，能够在SEI膜形成的初始阶段就在硅氧界面快速形成富含氟化锂的钝化层，从而有效地抑制了副反应的发生。并且最终形成的SEI可以更好地适应材料的体积变化，在循环中维持稳定。
该工作揭示不同氟化电解液添加剂的分解动力学对硅氧负极的SEI膜以及电化学性能的影响，为构建高能量密度电池的稳定界面提供了新的见解。
论文信息
Tuning Reaction Kinetics of Fluorinated Molecules to Construct Robust Solid Electrolyte Interphases on SiOx Anode
Shiming Chen, Zhikang Deng, Jiangxiao Li, Wenguang Zhao, Bowen Nan, Yue Zuo, Jianjun Fang, Yuxiang Huang, Zu-Wei Yin, Feng Pan, Luyi Yang
文章的第一作者是北京大学的博士研究生陈诗名和硕士生邓志康，通讯作者是北京大学杨卢奕副研究员。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202413927
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