雙（氟磺酰）亞胺鋰基液體電解質有望在下一代鋰金屬電池中實現高庫侖效率和長循環壽命。然而，陰離子在固體-電解質界面相形成中的作用仍不清楚。

2024年12月2日，斯坦福大學鮑哲南院士、崔屹院士在國際頂級期刊Nature Chemistry發表題為《Electrochemical formation of bis(fluorosulfonyl)imide-derived solid-electrolyte interphase at Li-metal potential》的研究論文，余維來為論文第一作者，鮑哲南院士、崔屹院士為論文共同通訊作者。

鮑哲南，斯坦福大學化學工程系教授，中國科學院外籍院士，美國國家科學院院士，美國國家工程院院士，美國藝術與科學院院士，美國國家發明家學院院士。南京大學1987級本科生，1990年大學三年級時移民到美國。1991年，在還沒有獲得本科學位的情況下，鮑哲南被芝加哥大學破格錄取為公費研究生，并選擇華裔高分子化學家于魯平作為導師。1995年獲芝加哥大學博士學位，同年被貝爾實驗室錄用為正式研究人員。2004年加入美國斯坦福大學。

鮑哲南院士的研究范圍包括化學、材料科學、能源、納米電子學和分子電子學等領域。她開創了多個用于有機電子材料的設計理念，使得柔性電子電路和柔性顯示成為現實。已發表700多篇論文和80多項美國專利，被引超過18.5萬次，谷歌學術H指數為225。

崔屹，斯坦福大學材料科學與工程系終身教授，美國國家科學院院士，歐洲工程院院士。1998年本科畢業于中國科學技術大學，2002年博士畢業于哈佛大學（導師：國際頂尖化學家Charles Lieber）；2003-2005年在加州大學伯克利分校從事博士后研究（導師：Paul Alivisatos）；2005年加入斯坦福大學。

崔屹院士的主要研究方向為納米材料在能量存儲、光伏器件、拓撲絕緣體、生物及環境等方向的應用。被引超過31.4萬次，谷歌學術H指數為281。

在這里，作者將電化學分析和X射線光電子能譜測量（無論是否進行樣品洗滌）與計算模擬相結合，提出電解質分解的反應路徑，并將界面相組分溶解度與鈍化功效相關聯。

作者發現，并非所有源自界面相形成反應的產物都會并入所產生的鈍化層中，其中很大一部分存在于液體電解質中。

作者還發現，通過加入更多陰離子分解產物，高性能電解質可以提供充分鈍化的界面，從而最大限度地減少電解質分解。

總的來說，這項工作提出了一種耦合電化學和表面分析的系統方法，以描繪固體-電解質界面形成的全面圖景，同時確定高性能電解質的關鍵屬性，以指導未來的設計。

圖1：在銅電極表面形成界面相（SEI_Cu）的電化學活性

圖2：FSI衍生的SEI化學的基本步驟的關鍵反應產物

圖3：在Li(100)表面上FSI^-分解的AIMD模擬

圖4：依賴E的SEI_Cu成分

圖5：對比不同高性能電解質的界面反應性和鈍化性能

圖6：將SEI_Cu的化學成分、形成和鈍化進行聯系

綜上，這篇論文通過電化學分析和X射線光電子能譜（XPS）測量，結合計算模擬，研究了雙（氟磺酰）亞胺鋰基液體電解質在形成固態電解質界面（SEI）過程中的分解反應路徑，揭示了SEI成分的溶解度與鈍化效果之間的關系。研究發現，高性能電解液能夠通過最小化電解質分解，有效地將更多的陰離子分解產物整合到SEI中，從而實現對鋰金屬負極的充分鈍化，這對于提高下一代鋰金屬電池的庫侖效率和循環壽命具有重要意義。

該研究的成果不僅增進了對SEI形成機制的理解，還為設計能夠實現更有效SEI鈍化的液態電解質提供了指導原則，這對于開發高能量密度、長循環壽命的鋰金屬電池技術具有重要的應用前景；也對于電動汽車、大規模儲能系統等依賴高效率能源存儲技術的行業具有潛在的應用價值。

Yu, W., Lin, KY., Boyle, D.T.et al. Electrochemical formation of bis(fluorosulfonyl)imide-derived solid-electrolyte interphase at Li-metal potential. Nat. Chem. (2024).https://doi.org/10.1038/s41557-024-01689-5