Operando Infrared Nanospectroscopy of the Silicon/Electrolyte Interface during Initial Stages of Solid-Electrolyte-Interphase Layer Formation

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作者
Andrew Dopilka,Jonathan M. Larson,Robert Kostecki
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:: 410-419 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c03255
摘要

The solid electrolyte interphase (SEI) is a critical component in Li-ion batteries; however, its nanoscale structure and composition and unstable nature make it difficult to characterize and ascertain primary functional mechanisms. We use operando nanoscale Fourier transform infrared spectroscopy (nano-FTIR) with a broadband synchrotron IR source to study the SEI formation on a thin-film Si electrode at nanometer-scale spatial resolution as a function of time and voltage. By probing the Si/carbonate electrolyte interface through a 25 nm-thick amorphous Si window/electrode, we detect molecular vibrational modes within a 10s of nanometers region adjacent to the Si surface and observe that PF6– anions react to form LiF at 0.5 V. Spatially resolved nano-FTIR spectra showcase subtle nanoscale heterogeneities in the initial solid/liquid interface and the resulting deposited LiF. With its nanoscale resolution and high chemical specificity, operando nano-FTIR provides unique insights into the dynamics and heterogeneous formation of SEIs and opens opportunities for connecting nanoscale interfacial properties to bulk performance metrics.
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