泰思肯 TOF-SIMS 客户成果 | 多尺度观察SnO₂负极上不均匀双层SEI膜

引言：SnO₂作为负极材料，存储锂的机制虽被广泛研究，但人们对SEI的结构及其演化过程仍知之甚少。华南理工大学胡仁宗教授团队利用泰思肯扫描电子显微镜联用TOF-SIMS发现，SnO₂电极的SEI是由外部有机O-SEI层和内部无机In-SEI层组成的双层混合结构。

引言：SnO₂作为负极材料，存储锂的机制虽被广泛研究，但人们对SEI的结构及其演化过程仍知之甚少。华南理工大学胡仁宗教授团队利用泰思肯扫描电子显微镜联用TOF-SIMS发现，SnO₂电极的SEI是由外部有机O-SEI层和内部无机In-SEI层组成的双层混合结构。

本文转自微信公众号 《电池未来》

SnO₂通过转化和合金化反应存储锂，被认为是最典型的负极材料之一，并在机理探索和性能调整方面得到了广泛的研究。然而，在 SnO₂电极上形成的固体电解质中间相 (SEI) 的结构及其演化过程很少被关注且仍然知之甚少。

在此，华南理工大学胡仁宗教授等人全面研究了SnO₂薄膜电极的SEI组成和结构演变。通过TESCAN飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）可以在基于SnO₂的电极中观察到SEI的双层混合结构，由靠近电解液的外部有机SEI (O-SEI) 层和靠近SnO₂电极的内部无机SEI (In-SEI) 层组成。

多尺度观察揭示了合金化反应后的SEI积累和有机层在去转化反应以上电位时的明显溶解，这导致无机层直接暴露在电解液中，从而变得厚实和不均匀。破碎和厚的SEI导致容量快速衰减和97.5% 的低库仑效率 (CE)。

图1. SEI的TOF-SIMS表征及SnO₂电极的结构演变

因此，作者证明了当SnO₂电极预涂有LiF或Li₂CO₃时，会诱导形成坚固且薄的 SEI层并在连续循环中稳定，从而提高循环稳定性并将CE提高到99.5%。

这项工作为 SnO₂负极上的SEI演化机制增加了新的见解，强调了在开发高性能负极中形成坚固SEI膜的重要性，并提出了一种为锂离子电池制造高性能金属氧化物负极的有效策略。

图2. SnO₂、SnO₂-LiF和SnO₂-Li₂CO₃电极的SEI形成过程和结构演变

Multiscale Observations of Inhomogeneous Bilayer SEI Film on a Conversion-Alloying SnO₂
Anode,
Small Methods
2021. DOI: 10.1002/smtd.202101111

写在最后：通过泰思肯双束电镜的TOF-SIMS联用技术，作者对SnO₂负极上SEI的双层结构及其演化过程进行了深入观察和分析。研究结果表明，通过优化SEI层的结构和组成，可以提高SnO₂电极的循环稳定性和库仑效率。