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自20世纪90年代锂离子电板收效买卖化以来，它们已闲居应用于便携式电子开拓、电动汽车和能量储存站，极地面改善了东谈主们的生存并鞭策了能源及关连时间限度的发展。连年来，除了锂离子电板外，钠/钾离子电板和锂/钠/钾金属电板等新兴电板时间也得到了发展。这些电板时间在资本或能量密度方面相较于锂离子电板具有上风，为下一代能量储存开拓提供了更多选拔。电板的轮回寿命是使用电板时最基本方针之一。电板的长轮回寿命关于种植电板竞争力和促进可再生能源的开发与利器具有进犯兴致。电板的轮回寿命由其构成（正极、电解液、隔阂和负极）和操作条目决定，其中负极/电解液界面的巩固性是最进犯的因素之一。从热力学角度来看，有机液体电解液的电化学巩固性窗口超出了电板负极的责任电极电位。当负极的电位低于电解液的还原电位时，电解液会不行逆地发生还原反应。不行溶的还原居品无间在负极名义积存，造成被称为固体电解质界面（SEI）的钝化层。SEI同期充任离子导体和电子绝缘体，能源学上阻隔了电解液和负极之间的反应。理思情况下，SEI的造成导致负极和电解液之间的能源学巩固性。然而，负极在轮回经由中体积和名义积的变化是不行幸免的。举例，石墨和硅负极在锂化后诀别碰到约10%和进步300%的彭胀，而金属负极的相对体积变化确凿是无穷的。跟着负极在轮回经由中的彭胀和削弱，负极名义的SEI也经验了彭胀和削弱。机械巩固性指的是SEI对体积变化的耐受才气。当SEI无法恰当负极的体积变化时，它会龙套，导致电解液和负极重新构兵，从而导致SEI的再生。在SEI反复龙套和再生的经由中，活性材料和电解液无间被糜费，同期SEI无间增厚，进一步加多了阳离子传输的电阻，最终导致容量衰减致使非线性衰减。此外，SEI的机械巩固性不及还会影响负极活性材料的结构巩固性或促进枝晶的造成。因此，种植SEI的机械巩固性被以为是增强电板轮回寿命的关节战术。

SEI的构成（组分的类型和比例）和结构（组分的分散）显赫影响SEI的机械性能，从而决定其承受应力和应变的才气。然而，由于SEI的纳米级厚度（从几纳米到几十纳米不等）和对空气的敏锐性，富厚和调控SEI的机械性能具有挑战性。直到昔日十年，东谈主们在富厚SEI的机械巩固性方面取得了显赫进展。原子力显微镜基础的纳米压痕时间（AFM-NT）被用来沟通添加剂对SEI构兵刚度的影响，为SEI机械巩固性的定量沟通提供了新尺度。通过AFM-NT得回的纳米级特征也可用于快速评估未知SEI的质料。除了基于AFM的表征时间外，先进的践诺表征时间，如纳米压痕（NT）、名义力仪（SFA）、电化学石英晶体微天平与耗散监测（EQCM）和激光声波（LAW）也已在连年来被用来沟通SEI的机械性能。然而，由于表征精度不及和不同的数据措置尺度，各式解说提供了不了了致使相互矛盾的SEI结构和机械性能分析。此外，已提议很多基于原位和非原位修饰的战术来增强SEI的机械巩固性。原位修饰SEI主要波及优化电解液的构成或轮回温度，产生故意于增强SEI机械强度的要素，或在轮回经由中转机SEI的结构。非原位修饰SEI不错通过化学或电化学尺度在负极名义构建东谈主工SEI。然而，仍然难以幸免SEI在轮回经由中的龙套和再生，金属负极等负极的轮回巩固性仍远未达到本色应用的要求。

近日，北京理工大学黄佳琦、张学强、香港汉文大学李泉、宁德期间 Li Xing团队发表综述先容了SEI在二次电板中机械巩固性的沟通进展。当先先容了SEI的机械性能。然后详细了现存的沟通SEI机械性能的表征途序，包括基于AFM的尺度和其他表征途序。在种植SEI机械巩固性的战术方面，从原位和非原位改性SEI的角度，中式了一些具有代表性的沟通责任进行先容。临了，对SEI机械巩固性的改日沟通进行了预测，旨在启发改日的基础沟通和长轮回寿命二次电板的开发。

该着力以“Understanding and Regulating the Mechanical Stability of Solid Electrolyte Interphase in Batteries”为题发表在《Advanced Energy Materials》期刊，第一作家是Li Jia-Lin。

（电化学能源整理，未经恳求，不得转载）

一、固态电解质界面（SEI）的机械属性

SEI的机械巩固性反馈了其在受到应变和应力时保执原始模式和结构的才气，这与其机械属性密切关连。

应力与应变：应力是描写材料里面力分散的量，而应变是臆想材料在受到应力作用时体式和大小相对变化的无量纲量。屈服强度和弹性应变极限诀别涌现材料发生弹性变形时的应力和应变上限。

弹性模量：弹性模量反馈材料在受到外力作用时违背弹性变形的才气，不错是杨氏模量、剪切模量和体积模量。杨氏模量（也称为抗拉模量）是沟通中闲居解说和比拟的SEI的一个模量。

塑性变形与断裂：当应力进步材料的屈服强度时，材料会经验塑性变形致使断裂，导致应力和应变之间的非线性关系，材料无法在移之外力后王人备恢还原始体式。

SEI的厚度和模量分散：通过AFM得回的SEI的厚度和模量分散不错径直反馈SEI的均匀性，但由于AFM的分辨率摈弃，当今难以在高分辨率下测量这些参数。

界面能和粘附功：界面能是负极和SEI构兵造成的界面能量，粘附功是负极和SEI之间单元构兵面积的粘附力。具有高界面能和高粘附功的SEI有助于巩固界面并恰当负极的始终体积变化。

图1：在轮回经由中SEI的断裂和再生的暗示图。图2：追想SEI机械巩固性沟通发展的时刻线。

图3：SEI的机械性能。a)典型的力弧线和b) SEI的应力-应变弧线的暗示图。c)与界面能、体积模量和应力关连的临界枝晶长度。d)具有高界面能和低合金负极名义粘附性的强SEI的暗示图。

二、SEI机械属性的践诺表征时间

基于原子力显微镜（AFM）的表征时间

AFM-纳米压痕时间（AFM-NT）：通过AFM的力-距离弧线模式测试SEI的模量和弹性应变极限，适用于原位或非原位表征。刮擦测试：通过刮除SEI外层来径直测量内层的机械属性。膜障碍测试：用于沟通通过原子层千里积和分子层千里积造成的东谈主工SEI。应变贯串的弹性屈曲不巩固性用于机械测量（SIEBIMM）：诓骗硬膜在柔性基底上压缩应变下发扬出的特征波长来筹谋SEI的平面应变模量。膜彭胀测试：通过限度压力引起的样品彭胀和变形，测量模子SEI的弹性模量、残余应力、屈服强度和弹性应变极限。

其他表征时间

纳米压痕时间（NT）：通过监测压头插入样品时的实时压痕深度与载荷关系来得回东谈主工SEI的机械属性。名义力仪（SFA）：使用云母看成基底，通过插手条纹图案监测SEI的平均厚度、相对压缩性和弹性模量。电化学石英晶体微天平与耗散监测（EQCM-D）：基于石英晶体回荡器上千里积质料与频率变化之间的比例关系，用于原位评估SEI的质料和粘弹性参数。激光声波（LAW）：诓骗激光引发和检测声波来表征材料名义属性，通过测量声波的相速率来得回SEI的杨氏模量。

图4：基于AFM的SEI机械特点表征时间暗示图：a) AFM-NT。b) 刮擦测试。c) 膜障碍。d) SIEBIMM。e) 膜彭胀测试。

图5：其他SEI机械特点表征时间暗示图：a) NT。b) SFA。c) EQCM-D。d) LAW。

三、种植SEI机械巩固性的战术

为了种植固态电解质界面（SEI）的机械巩固性，沟通者们禁受了多种战术，主要不错分为两大类：原位（in situ）修饰和非原位（ex situ）修饰。

原位修饰SEI

电解质工程：通过优化电解质的构成，包括盐、溶剂和添加剂，来转机SEI的构成和结构，从而影响其机械性能。举例，通过选拔具有高氧化巩固性的团聚物基体和锂盐，不错种植系统的氧化电位，从而增强SEI的巩固性。温度转机：电板的运行温度不错影响SEI的结构和构成，进而影响其机械性能。在某些醚基电解质中，种植温度不错改善SEI的机械巩固性，但在某些碳酸酯基电解质中，高温可能会裁汰SEI的巩固性。构建东谈主工SEI层：通过在负极名义引入特定的化学物资，造成一层保护性的东谈主工SEI层，以种植其机械巩固性和电化学性能。

非原位修饰SEI

化学或电化学构建：在电板拼装前，通过化学反应或电化学措置在负极名义构建东谈主工SEI层，以增强其机械巩固性和化学巩固性。预锂化：通过预锂化措置，抵偿运行轮回中锂的亏损，同期造成含有故意组分的SEI，种植其机械强度和电化学巩固性。电化学抛光：通过电化学抛光时间，不错在金属名义造成超平滑的超薄SEI，具有刚-柔-刚的多层结构，种植SEI的机械巩固性。

图6：a) 在TO转机电解液中造成的双层SEI的暗示图，该SEI在锂千里积层经由中幸免裂纹。b) 在VEC基电解液中造成的邃密且坚固的SEI的暗示图。c) 锂盐浓度对SEI模量影响的暗示图。d) 在60℃下锂孕育的层状SEI纳米结构的暗示图。

图7：a) 由RPC生息的SEI造成的暗示图。b) 由苯氧开脱基Spiro-O8贯串的双层保护膜的暗示图。c) 预锂化对SiO1.3负极影响的暗示图。d) 通过电化学抛光造成原子级平整金属名义和超平滑超薄SEI的暗示图。

图8：SEI机械巩固性沟通的一些潜在主义。a) 通过力弧线分析SEI机械性能的争议。b) SEI里面应力分散的模拟。c) 快速灵验地建造断裂的SEI。

【追想与预测】

固态电解质界面（SEI）的机械巩固性已成为种植二次电板轮回寿命的一个进犯因素。自从原子力显微镜（AFM）被用来笃定SEI的构兵刚度以来，越来越多的沟通者闭塞到SEI机械巩固性的进犯性。各式先进的表征时间被用来评估SEI的机械性能，何况提议了如电解质工程和东谈主工构建机械巩固的SEI等战术来增强电板的轮回寿命。然而，关于SEI的机械巩固性仍然短缺全面的富厚。在这方面，本综述为改日沟通提供了几个可能的主义，以富厚和进一步种植SEI的机械巩固性：

（1）笃定决定SEI机械巩固性的关节机械属性。

（2）通过浮浅模子SEI成就力弧线与SEI构成和结构之间的明确关系。

（3）测量SEI沿厚度主义的机械属性并模拟SEI里面的应力分散。

（4）在液态电解质存在的情况下原位测量SEI的机械属性和活动。

（5）种植SEI的机械均匀性。

（6）快速灵验地建造断裂的SEI。

（7）为不同负极想象专用的电解质体系。

Jia-Lin Li, Ya-Nan Wang, Shu-Yu Sun, Zhao Zheng, Yao Gao, Peng Shi, Yan-Jie Zhao, Xing Li, Quan Li, Xue-Qiang Zhang, and Jia-Qi Huang, "Understanding and Regulating the Mechanical Stability of Solid Electrolyte Interphase in Batteries," Adv. Energy Mater. 2024, 2403845.

 DOI: 10.1002/aenm.202403845.

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