В литий-ионных аккумуляторах SEI формируется в начале первого процесса зарядки, когда прикладывается потенциал. Элементы электролита осаждаются на графитовом электроде и образуют покрытие, которое вскоре покрывает весь электрод. Только после того, как этот слой будет завершен, положительные ионы лития могут внедряться в электрод, не расслаивая материал электрода.
Цян Чжан и его коллеги из Университета Цинхуа, Пекин, Китай, теперь внимательно изучили зарождение и рост SEI.
Электролит в литий-ионных аккумуляторах содержит соль лития и растворитель. Сильно сольватирующие растворители обволакивают ион лития, и анионы свободно плавают. Напротив, слабосольватирующие электролиты позволяют более плотно прикреплять анионы к иону лития. Здесь анионы остаются частью внутренней сольватационной оболочки.
Эта внутренняя сольватационная оболочка должна быть отделена от лития, чтобы обеспечить образование и рост SEI. Исследователи продемонстрировали, что анионы внутренней оболочки сначала адсорбируются на свежем электроде, а затем захватывают два электрона в электрохимической реакции. Это последнее событие вызвало разложение и зарождение SEI. Авторы пришли к выводу, что образование SEI в основном зависит от того, насколько легко анионы могут захватывать электроны и разлагаться по сравнению с растворителем.
Ученые использовали электрохимические методы и атомно-силовую микроскопию, чтобы исследовать рост кристаллов до завершения слоя. Они обнаружили, что гладкий слой образуется только при низких перенапряжениях. Растворитель также влиял на перенапряжение.
Авторы также отметили, что растворители, имеющие высокое сродство к кристаллическому слою, вообще не вызывают перенапряжения.
Они пришли к выводу, что будущие конструкции электродов с высокими рабочими характеристиками должны больше ориентироваться на взаимодействие между отрицательными ионами литиевой соли и растворителем.
Для образования гомогенного неорганического кристаллического SEI анионы должны превосходить растворитель; они должны легче адсорбироваться на поверхности электрода и вступать в электрохимические реакции. Кроме того, по словам авторов, продукты разложения должны быть твердыми и нерастворимыми, но при этом проявлять определенное сродство к растворителю.