鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于作為便攜式電子產(chǎn)品的電源，盡管鋰離子電池提供了高能量密度并且技術(shù)已經(jīng)成熟，但在滿足既定的用戶習慣和不斷增長的需求方面仍然存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。其中最關(guān)鍵的問題之一是陽極對電解質(zhì)電化學不穩(wěn)定性。

當電極電位較低時，常見的液體電解質(zhì)會被分解。理想情況下，這會導致形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)中間相（SEI），從而防止進一步的電解質(zhì)分解并穩(wěn)定電池的循環(huán)性能。此外，SEI對電池的充電/放電動力學具有決定性影響，因為這是鋰離子克服電解質(zhì)和電極之間的界面的地方。

因此，SEI是決定鋰離子電池性能的重要影響因素。初始循環(huán)過程中在陽極/電解質(zhì)處形成的“天然SEI”界面是由鹽、氧化物、聚合物組成的薄層。根據(jù)SEI的概念模型，自然SEI只有離子電導率，同時作為電子轉(zhuǎn)移的屏障。

其中SEI的厚度和一致性起著至關(guān)重要的作用，SEI的組成影響離子和電子電導率，從而影響電池性能和副反應(yīng)的發(fā)生。

近年來，人工SEI的研究受到了人們的廣泛關(guān)注。人造SEI顧名思義是一種人工制造的薄層，它取代了其天然對應(yīng)物，充當活性材料和電解質(zhì)之間的界面。然而，人工SEI特性決定了其制備過程中的具體操作非常重要，已報道許多方法實現(xiàn)陽極材料上形成人工SEI。

但是由于獨特的材料特性和鋰化/脫鋰特性，這些方法對不同負極類型的有效性以及由此產(chǎn)生的SEI的性能和失效機制有很大差異。在這篇綜述中，作者總結(jié)了了制造人工SEI的方法并采用系統(tǒng)的方法來揭示不同類型負極材料的人工SEI工程中最有前途的路線。

【結(jié)果與討論】

作者對比了天然SEI和人工SEI的主要優(yōu)勢。與在初始循環(huán)過程中電解質(zhì)分解形成的自然SEI不同，人工SEI允許有針對性地根據(jù)鋰離子電池中陽極的特性和特定問題來形成SEI。在負極材料上制備的人工SEI應(yīng)具有以下三個主要特性：i） 機械穩(wěn)定性，ii） 快速鋰傳輸，iii） 化學穩(wěn)定性。

作者列出了不同類型的負極材料對SEI的要求，即插層型負極材料，合金化和轉(zhuǎn)化型負極材料以及鋰金屬負極。對于插層型負極材料，SEI必須提供一個保護層，以防止電解質(zhì)的連續(xù)分解。

對于合金化和轉(zhuǎn)化型負極材料，存在兩種主要的SEI制備策略：i）利用剛性SEI來抑制體積變化和 ii）利用柔性SEI來軟化機械應(yīng)變。其中富含LiF的剛性SEI被證明是最佳的，其提高了裂紋形成和傳播的能量屏障。對于鋰金屬負極，添加劑似乎是穩(wěn)定鋰金屬負極上SEI的有希望的方法。

隨后，作者從方法學的角度就人工SEI制備過程中涉及的一些方面展開了描述。人工SEI制備的各種方法之間的方法論差距巨大。這其中涉及許多戰(zhàn)略和技術(shù)差異，如設(shè)計原則是采用自下而上還是自上而下的原則，反應(yīng)介質(zhì)是固/液/氣三相中的哪一相，驅(qū)動力是靠分子間相互作用還是外場的力，工藝類型是采用串聯(lián)型還是并聯(lián)型等問題。

作者就目前文獻報道過的人工制備SEI的具體方法進行了回顧總結(jié)和比較，并列出了不同方法的優(yōu)勢，劣勢和效果。從大的方面來看，合成人工SEI的方法分為自上而下和自下而上兩種方法。

其中自上而下的方法又包括磁控濺射方法，滴涂、刮涂和浸涂方法，燒結(jié)方法，按壓方法儀器其他正在開發(fā)的方法。自下而上的方法包括化學、電化學和聚合物接枝方法，電沉積方法，化學和物理氣相沉積、原子和分子層沉積、機械混合方法等。

作者根據(jù)成本、時間消耗、環(huán)境問題、穩(wěn)健性、可擴展性、材料和設(shè)計自由度、大氣敏感性及其電化學成功評估了現(xiàn)有文獻所報道過的方法。一般來說，自上而下的方法具有出色的放大能力和與大多數(shù)負極材料的兼容性，而自下而上的方法能夠?qū)崿F(xiàn)原子/分子級分辨率，并精確控制層間組成。

最后，作者對未來的研究方向給出了指導。作者認為人工SEI的設(shè)計是解決目前困擾下一代電池問題的一條有前途的解決途徑。引入人工SEI能夠極大地促進從石墨到下一代負極（如硅和鋰金屬）的過渡。

另外，除了使用液體電解質(zhì)的電池，一些例子證明了人工SEI也適用于全固態(tài)電池。這也是未來研究的一個重要方向。此外，作者認為還應(yīng)努力進一步開發(fā)合適的方法以構(gòu)建滿足高能量或高功率電池特定要求的人工SEI。為了達到高功率密度，未來需要更好地了解高電流密度如何影響電池性能的衰減以及如何設(shè)計人工SEI以防止這種衰減。第一作者：Roman G. Fedorov

通訊作者：Alexander Michaelis， Yair Ein-Eil

通訊單位： Technion-以色列理工學院

編輯：jq