所得到的選擇性溶解SEI（記為SD-SEI）主要由穩(wěn)定的無機聚合物組分組成，因此能夠維持微米級Si負(fù)極的體積變化，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)性能。此外，作者還研究了使用碳酸乙烯基（EC-based）電解質(zhì)在微米級Si負(fù)極上形成的經(jīng)典SEI（記為c-SEI）和由碳酸丙烯基（PC-based）電解質(zhì)衍生的富-LiF SEI（記為F-SEI）作為對照實驗，發(fā)現(xiàn)它們易碎。微米級Si負(fù)極的SD-SEI在基于GBL的電解質(zhì)中顯示出優(yōu)異的循環(huán)性能（在0.2 C下循環(huán)200次后，其比容量為1804.1 mAh g-1，其中1 C=3000 mA g-1），表明SD-SEI對體積變化具有優(yōu)異的耐受性。此外，具有優(yōu)化SEI的Si||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）全電池在0.2 C下循環(huán)150次后的容量保持率為83.7%（基于第4次循環(huán)時的比容量，1 C=180 mA g?1），表明在微米級Si負(fù)極上定制SEI化學(xué)成分的策略具有良好的實踐前景。
研究背景具有較高理論比容量的替代電極材料，如Li金屬負(fù)極和合金型負(fù)極材料，如硅（Si）正在被廣泛討論。這些大容量電極的電化學(xué)機制各不相同，但在充/放電循環(huán)過程中其形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，需要具有各種性能的固體電解質(zhì)界面相（SEI），特別是力學(xué)穩(wěn)定性來緩解體積變化。對于Si負(fù)極，其超高理論比容量（Li15Si4為3579 mAh g-1）的優(yōu)勢伴隨著巨大的體積變化和界面問題。對比納米級，工業(yè)上微米級Si顆粒，具有低成本和高庫侖效率（CE），在循環(huán)過程中遭受更嚴(yán)格的體積變化問題。因此，為制備長壽命微米級Si負(fù)極，提高SEI的抗崩解力學(xué)穩(wěn)定性勢在必行。
圖文導(dǎo)讀SD-SEI的形成有兩個平行的物理化學(xué)過程：由于電解質(zhì)還原產(chǎn)物而連續(xù)生成SEI和GBL選擇性溶解部分SEI組成。通過（1）直接確定在GBL溶劑中溶解的不利SEI組分；（2）表征經(jīng)GBL溶劑浸泡后循環(huán)Si上未溶解的SEI組分，證明GBL的選擇性溶解能力。浸泡后PC和EC/DEC溶劑的NMR譜中沒有發(fā)現(xiàn)新的峰，說明PC和EC/DEC不能溶解這些不需要的SEI組分。GBL浸泡液的離子電導(dǎo)率為3.81×10-8 S cm-1，比PC和EC/DMC高出2個數(shù)量級。當(dāng)將添加劑和LiPF6加入到電解質(zhì)配方中，就可形成具有減輕自放電問題的穩(wěn)定SEI。圖1. SEI組分的溶劑誘導(dǎo)溶解效應(yīng)圖2. SEI化學(xué)成分微米級Si負(fù)極在GBL基電解質(zhì)中的充/放電曲線顯示，在0.05 C（1 C=3000 mA g-1）下，GBL基電解質(zhì)的初始容量為3307.2 mAh g-1。使用GBL基電解質(zhì)制備的SD-SEI的Si負(fù)極表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.2 C下循環(huán)100次后，其容量保持率為87.5%（基于第4次循環(huán)時的比容量），遠高于PC基電解質(zhì)和EC基電解質(zhì)的Si負(fù)極。在高的容量保持率下可維持200次循環(huán)，之后GBL基電解質(zhì)中的Si負(fù)極可提供1804.1 mAh g?1的比容量。Si負(fù)極在EC基電解質(zhì)中在5 C時的容量幾乎可忽略不計，而在GBL基電解質(zhì)中以相同的倍率保留了近1000 mAh g?1的容量，表明SD-SEI在高倍率性能下有效地導(dǎo)電Li離子。SD-SEI有利于Si@C的循環(huán)性能，在300次循環(huán)后，其容量保持率高達80.6%（基于第4次循環(huán)時的比容量）。利用N/P比值為1.1的各種電解質(zhì)組裝了Si||NCM811全電池。兩種電池在0.05 C下，從3.0 V到4.2 V的初始可逆比容量均為175 mAh g?1（1 C=180 mA g?1），但使用GBL基電解質(zhì)的電池在隨后的循環(huán)中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，在150次循環(huán)后保持83.7%的容量，遠高于使用EC基電解質(zhì)的電池的44.3%。圖3. Li||Si紐扣電池和Si||NCM811全電池的循環(huán)性能圖4. SEI的力學(xué)性能
圖5. SEI的示意圖和比較
文獻信息Tailoring chemical composition of solid electrolyte interphase by selective dissolution for long-life micron-sized silicon anode. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43093-6.
