硅负极由于具有超高比容量、高丰度、低成本等优势而被视为最有希望替代石墨负极的材料。将硅负极与高镍正极匹配能够显著延长电动汽车的续航里程。在传统石墨基的锂离子电池中，过渡金属的溶出与沉积是造成电池衰减的一个重要原因，但是有关过渡金属离子在硅负极表面沉积的相关机制尚不清楚。近日，美国德州大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授等对硅/石墨复合负极与高镍正极之间的交叉影响进行了系统研究。

文章要点

1）研究人员通过将硅基全电池与石墨基全电池进行对比发现，硅基全电池中过渡金属离子溶出-沉积造成的负面影响要大得多。与高镍的NMC955正极相比，过渡金属离子沉积对脆弱的SiO_x/Gr负极造成的损害更大，因此其是导致全电池库存效率低和快速容量衰减的主要原因。

2）从过渡金属离子对负极的影响程度上来说，Co小于Ni小于Mn。这种影响顺序是因为不同的过渡金属离子在硅基负极表面沉积形成负极电解质界面的过程中所扮演的角色不同。TOF-SIMS分析表明Co²⁺的沉积对于LiPF₆锂盐的分解影响不大，但是更有利于溶剂的分解，因此有助于形成有机相占优势的界面层。相反，Ni²⁺的沉积则主要影响锂盐的分解。而Mn²⁺的沉积对于两者作用都很显著，因此会形成较厚、阻抗较大且保护性差的界面层。

参考文献

Xianhui Zhang et al, Insights into the Crossover Effects in Cells with High-Nickel Layered Oxide Cathodes and Silicon/Graphite Composite Anodes, Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103611

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103611