电动汽车、智能电网、航空航天等领域的快速发展对能源存储系统提出了更高要求。随着锂离子电池的广泛应用，锂金属负极因其较高的理论比容量和较低的电化学电位广受关注。然而在电化学沉积或剥离过程中，锂金属负极的体积变化、界面不稳定性以及锂枝晶生长等原因导致的电池使用寿命缩短及安全问题，制约了锂金属电池的大规模商业化应用。

　　近日，中国科学院过程工程研究所介科学研究部材料表界面研究小组针对固体电解质界面 (SEI) 膜在充放电过程中的不稳定性，提出了SEI膜扩散受限的破裂机制。SEI层的不均匀结构导致锂离子的区域依赖扩散动力学，从而导致锂阳极的不均匀剥离过程。不均匀剥离在滑移线和均匀表面之间的边界处产生裂纹，导致SEI层损坏。在滑移线和扭结处产生大量凹坑，表明此处存在不均匀剥离。
 
　　在扩散受限的假设下，文章提出了在SEI层滑移线处施加外加磁场来增强锂离子的扩散。在MHD效应下，锂离子在滑移线和扭结中的传导被加速，极大地改善了锂离子在放电过程中的均匀剥离。

　　FIB-SEM和综合电化学表征证实了SEI层扩散限制损伤机制的合理性以及外加磁场提高界面锂离子导电性的有效性。对不同类型电池(包括Li | Li对称电池、Li | LCO电池和Li | Cu电池)的长期稳定性检查证实了磁场在抑制SEI层损伤中的作用。磁场的引入大大提高了各种电池系统的循环寿命和CE。鉴于磁场对锂剥离过程的有利影响，文章认为该方法可以方便地应用于各种储能系统，并为二次电池中的扩散限制过程提供了一种新的解决方案。
 
　　相关研究成果以Diffusion Enhancement to Stabilize Solid Electrolyte Interphase为题，发表在Advanced Energy Materials上。研究工作得到国家自然科学基金委员会以及多相复杂系统国家重点实验室项目的支持。
 

来源:过程工程研究所   (责任编辑：子蕊)