清华大学张强教授Chem. Commun.：锂电发展史的缩影——石墨负极的界面化学

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锂离子电池的性能在很大程度上取决于电极-电解质界面的性质。如果锂电的主流正极材料可以用百花齐放来形容，它的主流负极材料则是一枝独秀——自 1991 年锂离子电池的商业化以来，锂电的负极材料始终由石墨主导，而恰恰是这个廉价、常见的材料，成为了锂电科学中的明珠。即使在商业锂离子电池问世近 30 年的今天，研究者对石墨负极界面化学的认知仍然很不完整。由于其形成机理复杂，化学成分多样且对环境敏感，表征难度极大，多年来一直激励着研究者们孜孜不倦地攻克其中的难题。一方面，高度发展的理论计算能力和高端表征手段促使人们不断重新审视石墨界面的几个经典科学问题，例如固态电解质界面（SEI）的形成机理和锂离子–溶剂共嵌入之谜；另一方面，从阴离子主导的界面化学到人工界面的构筑，研究者不断提出了新兴的石墨界面化学，以实现诸如快充、高压、水系电池等独特的功能。2019 年的诺贝尔化学奖标志着锂离子电池作为一个改变世界的发明正式载入科学史册；而在锂电近 60 年的发展史中，关于石墨界面化学的探索则组成了其中最为引人入胜的一个篇章。

▲	先进的表征技术揭示石墨界面的形成机理，化学本质，空间结构和演化过程

清华大学张强教授在英国皇家化学会期刊 Chem Comm 上发表 Feature Article，介绍了石墨界面化学近年来的最新进展。文章详细讲述了以下三个方面的内容：

• 重新认识石墨/电解质界面。日益发展的化学表征技术使得研究者能在微观尺度上重新认识锂离子电池的核心——SEI 膜的形成机理，形成机理，化学本质，空间结构和演化过程；同时，新提出的理论模型能够对石墨表面化学反应的路径进行预测，解决长期悬而未决的 EC–PC 共嵌之谜。

• 阴离子诱导的界面化学。长期以来，石墨负极的可逆储锂都依赖于碳酸乙烯酯（EC）溶剂诱导的 SEI。高盐、局部高盐和弱溶剂化电解质的出现，开拓了阴离子诱导 SEI 的新篇章，有望实现快充、长寿命、高安全的锂离子电池。

• 人工界面的构筑。当电解质分解形成的界面不足以实现特定的功能时，人工“定制”的界面则成为了近年来的一个研究热点。合理设计的界面有助于抑制溶剂的共嵌入、助力锂离子快速传输、拓宽电解质的电化学窗口。

▲	石墨负极界面化学的发展历程。

文章的最后，作者回顾了石墨界面化学的发展历史，并对未来的研究方向提出了展望。

原文链接
http://doi.org/10.1039/D0CC05084A

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