研究解决了数十年来的“EC-PC差异”，以实现更好的锂离子电池

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斯科尔科沃理工学院的研究人员为锂离子电池科学领域一个长期存在的难题提出了一种解释。他们的研究为碳酸乙烯酯（被称为“神奇”电解质成分）在锂离子电池中的作用提供了新的见解，并阐述了为什么这种材料和电化学性质相似的碳酸丙烯酯对石墨制成的电池阳极表现出如此不同的行为。
该研究结果发表在《材料化学A杂志》上，将为更安全、更高效的锂离子电池电解质的设计提供指导。
在锂离子电池商业化初期，研究人员就遇到了石墨 阳极腐蚀的问题。碳酸丙烯酯基电解质对金属锂非常友好，但对石墨却有很强的腐蚀性。
这一问题阻碍了石墨电极的使用，直到碳酸亚乙酯被引入作为碳酸亚丙酯的替代品。虽然从电化学角度来看，这两种材料的分子非常相似，但它们对石墨阳极的表现却截然不同。
这种现象被称为 EC-PC 差异，以化合物的缩写名称命名。几十年来，电池界一直在广泛研究和讨论这种“神奇溶剂”碳酸乙烯酯的作用，并提出了许多假设。然而，至今仍未达成共识。
这一问题不仅具有理论上的重要性，还因为它对电池设计的意义不仅限于选择 EC 而不是 PC 作为电解质的溶剂基础。
在他们的新论文中，Skoltech Energy 的高级研究员 Sergey Luchkin 和首席工业工程师 Egor Pazhetnov 提出，电解质中碳酸亚乙酯的存在会导致石墨表面形成一层薄薄的非常粘稠的液体。
该层通过防止过多的电解质分子渗透到石墨层之间（过度插层）并最终剥落石墨层从而损坏阳极（腐蚀性剥落）来保护石墨。
为验证这一假设而进行的实验证实，该层确实出现在基于 EC 的电解质中，但没有出现在基于 PC 的电解质中。
值得注意的是，粘稠液体层在固体电解质界面相形成之前出现，因此会影响其形成。SEI 是锂离子电池的重要组成部分。它是电池在工厂首次循环期间在阳极表面形成的一层固体电解质薄膜。该层可保护石墨阳极免于快速降解，并防止液体电解质持续电化学还原。
对锂离子电池界面过程的新见解为电解质成分与阳极-电解质界面动力学之间的相互作用提供了新的视角，这对于通过固体电解质界面相的智能设计开发更稳定、更高效的电池至关重要。
这项研究提出的方法不仅限于锂离子电池，还为钠离子电池和钾离子电池等新兴互补技术提供了宝贵见解。这些技术在固体电解质界面形成方面面临着类似的挑战。
该研究增进了我们对电解质成分的物理特性如何影响界面动力学的理解，有可能加速储能领域的创新。