De ontledingsproducten van het grensvlak die de zogenaamde vaste-elektrolyt-interfase (SEI) vormen tijdens het eerste laden/ontladen bepalen in belangrijke mate de elektrochemische prestaties van lithium (Li) batterijen. Daten, de dynamische evoluties, chemische samenstellingen, stabiliteit en de beïnvloedende factoren van SEI-films hebben de aandacht van velen getrokken.

Opgemerkt wordt dat, in tegenstelling tot de SEI-filmvorming aan het oppervlak van elektroden, een soort SEI-omhulsel vormt zich gewoonlijk conform de buitenste laag van het ter plaatse afgezette Li zodra het vers afgezette Li contact maakt met de elektrolyt, die de Li-kiemvorming direct kunnen beïnvloeden, groeigedrag en elektrochemische eigenschappen op het elektrode/elektrolyt-interface.

Verder, de chemische/morfologische instabiliteiten van de ter plaatse gevormde SEI-schaal vormen een uitdaging voor in-situ karakteriseringen. Het direct vastleggen van de dynamische evolutie van de SEI-shells is cruciaal om hun impact op de anode/elektrolyt-interface en batterijprestaties te interpreteren.

De elektrochemische atoomkrachtmicroscopie (EC-AFM) maakt de realtime karakterisering van de morfologieverandering mogelijk, mechanische modulus en potentiaal/stroomverdeling op het elektrode/elektrolyt-interface onder werkomstandigheden, biedt een belangrijke in-situ analysemethode met een hoge ruimtelijke resolutie voor het verkennen van de dynamische evolutie van de ter plaatse gevormde SEI-schaal op de gedeponeerde Li.

Onlangs, Prof. Li-Jun Wan en Prof. Rui Wen et al. bieden het ongecompliceerde gevisualiseerde bewijs van de evolutie van SEI-shells tijdens Li-afzetting / strippen om anodedegradatie via in-situ EC-AFM te onthullen.

Tijdens Li-afzetting, de quasi-sferische Li-deeltjes kiemen en groeien op een Cu-elektrode. Vervolgens, de ineenstorting van de SEI-granaten wordt duidelijk vastgelegd met de continue Li-stripping. Naarmate het fietsen vordert, nieuwe Li-afzettingen zijn vatbaar voor renucleatie op de afzettingsvrije plaatsen met een hogere elektrochemische activiteit. De verse SEI-schelpen vormen zich op vers afgezette Li, terwijl de originele SEI-schelpen hun ingeklapte morfologie op dezelfde positie behouden. Ernstige SEI-regeneratie/collaps samen met elektrolytuitputting en toename van de grensvlakimpedantie nemen een van de verantwoordelijkheden voor de degradatie van anodes.

Dit werk onthult de grensvlakevolutie op nanoschaal, biedt diepgaande inzichten in het fundamentele begrip van SEI-eigenschappen en begeleidt verder verbeteringsstrategieën van het interface-ontwerp in Li-batterijen.