硅负极的电解液该怎么设计

不同的材料搭配体系，对于电解液都有一款最优解来满足需求。硅负极的出现，伴随着电解液配方的转变。在电解液溶液中加入少量的盐和分子添加剂（如碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代乙烯碳酸酯(FEC)）被认为是应对硅基电极在充放电过程中，产生的大体积变化、以及不稳定的SEI（固态电解质界面）和CEI（正极电解质界面）层的最有效、经济且可扩展的策略之一。

1.电解液要实现什么功能？

为了避免使用多种电解液添加剂的混合物（通常在商业锂离子电池中采用）所带来的复杂性，设计多功能电解液成分对于电池来说至关重要。开发具有多种功能或协同效应的添加剂对于实现电池系统是必不可少的。电解液添加剂可分为几类：

(1)表面化学（SEI和CEI层）改性剂‍‍
(2)酸性/质子捕捉剂‍‍
(3)活性物种/分子捕捉/转化剂

2.不同电解液成分的功能

通常情况下，电解液添加剂在每个充放电循环中会消耗殆尽，因此它们早期的作用（如构建SEI/CEI层）应为整个循环过程提供持久的益处。图中展示了几种已被证明能有效提升全电池库伦效率的电解液添加剂。

VC作为膜添加剂被广泛使用，但其较高的阻抗导致其倍率性能不佳，并且会产生严重的气体。然而，使用FEC时，在高温下电解液添加剂会迅速消耗。路易斯酸诱导FEC的脱氟会产生活性物质（如HF、HPO2F2），这些物质会损害SEI/CEI层，进而缩短电池寿命。三氟丙烯碳酸酯（TFPC）因其电子吸引的三氟甲基基团，通过调节界面结构和成分改善循环稳定性，表现优于FEC。
含有Si–O基团的分子添加剂可通过形成(–O–Si–O–)n聚合物衍生的钝化层来捕捉HF等酸性物质，这是由于HF对硅的强亲和力。含有–N=C=O基团的添加剂可以形成稳定的SEI/CEI层，并能捕捉电解液中的少量HF和水。功能化硅烷中的氰基（−C≡N）可以形成高导电性且机械稳定的SEI/CEI层。CO2作为前体可形成富含Li2CO3和Li2C2O4的高度可控钝化层，这是一种反应型添加剂，它可以将高溶解性且反应性强的锂醇盐（ROLi）转化为锂烷基碳酸盐（ROCO2Li），通过捕捉ROLi来钝化乙基甲基碳酸酯（EMC）中醇盐的酯交换反应。

3.电解液为什么如此重要

电芯四大主材中，电解液是最为关键的环节。凡是市面上一款新的电池出现，正极、负极和隔膜均可以通过一系列反向分析手段，将材料的构成推测出个八九不离十。唯独电解液不行，一款配方通常有4-5种有机物存在，夸张一点有十种以上，而且有些种类的添加占比可能仅为ppm级别，设备精度根本无法满足解析需求。因此，电解液配方都是每家公司的核心机密，需要投入大量真金白银的实验，通过真实数据调配出来的结果。硅负极的电解液仍然是一片蓝海，特别是高含量的硅与石墨掺杂，如何与两种负极活性物质同时适配？还需要细细的去探究和挖掘。