Nucleation and Growth Mode of Solid Electrolyte Interphase in Li-Ion Batteries

过电位 成核 化学 电解质 相间 钝化 电化学 化学物理 纳米技术 阳极 电极 化学工程 物理化学 材料科学 有机化学 图层(电子) 生物 工程类 遗传学
作者
Yuxing Yao,Jing Wan,Ning-Yan Liang,Chong Yan,Rui Wen,Qiang Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (14): 8001-8006 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13878
摘要

The solid electrolyte interphase (SEI) is regarded as the most important yet least understood component in Li-ion batteries. Considerable effort has been devoted to unravelling its chemistry, structure, and ion-transport mechanism; however, the nucleation and growth mode of SEI, which underlies all these properties, remains the missing piece. We quantify the growth mode of two representative SEIs on carbonaceous anodes based on classical nucleation theories and in situ atomic force microscopy imaging. The formation of inorganic SEI obeys the mixed 2D/3D growth model and is highly dependent on overpotential, whereby large overpotential favors 2D growth. Organic SEI strictly follows the 2D instantaneous nucleation and growth model regardless of overpotential and enables perfect epitaxial passivation of electrodes. We further demonstrate the use of large current pulses during battery formation to promote 2D inorganic SEI growth and improve capacity retention. These insights offer the potential to tailor desired interphases at the nanoscale for future electrochemical devices.
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