日常生活中我們經常用到鋰電池，比如手機、筆記本電腦等大多數使用鋰電池，電動汽車產業有關鋰電池的需求也越來越多。可是在鋰電池造福人類的同時，它同樣存在著潛在的危險，時常發生的鋰電池的燃燒和爆炸事故給人們的生命和財產安全帶來了很大的威脅。設計出更加安全、高性能的鋰電池是亟待解決問題。

在液態鋰電池首次充放電過程中,電極材料和電解液在固液相界面上發生反應,形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。這種鈍化層是一種界面層,具有固體電解質的特點,是電子絕緣體卻是Li+的優良導體,Li+可以經過該鈍化層自由地嵌入和脫出,因此這層鈍化膜被稱為"固體電解質界面膜"(solidelectrolyteinterface),簡稱SEI膜。

SEI膜的形成對電極材料的性能出現至關重要的影響。一方面，SEI膜的形成消耗了部分鋰離子，使得首次充放電不可逆容量新增，降低了電極材料的充放電效率；另一方面，SEI膜能大大提高了電極的循環性能和使用壽命。深入研究SEI膜的性質及其影響因素，尋找改善SEI膜性能的有效途徑，一直都是研究熱點。雖然SEI層決定了大多數電池的性能，但人們有關SEI層的結構和性質的了解還非常有限。

日前，科學家使用二次離子質譜（SIMS）實驗手段結合分子動力學模擬方法對SEI層的形成和物理化學性質進行了研究。相關結果以題為"Real-timemassspectrometriccharacterizationofthesolid–electrolyteinterphaseofalithium-ionbattery"發表于NatureNanotechnology雜志（IF=33）。

在這項工作中，研究人員供應了鋰電池SEI形成的動態圖，該鋰電池在操作中使用了液體-二次離子質譜，并結合了分子動力學模擬。研究發現，在任何相間化學發生之前（在初始充電期間），由于溶劑分子的自組裝，在電極/電解質界面形成了雙電層。雙層的形成由Li+和電極表面電勢控制。這個雙層的結構決定了最終的相界面化學性質。

固液界面原位分析示意圖

本文提出的SEI模型

特別地，帶負電的電極表面從內層排斥陰離子，并出現薄而致密的、無機的SEI內層。正是這個致密層負責傳導Li+而絕緣電子。在SEI內層形成后，會出現電解質可滲透、富含有機物的外層。研究發現SEI內層的重要成分為氧化鋰，否定了相界面上含有氟化鋰的傳統觀點。這些實時的納米級觀測將有助于為將來的電池設計更好的界面相。