锂离子电池的合金型负极，如硅，具有比传统负极（即石墨）更高的电容量，因而已成为一种潜在的可大幅提升锂离子电池能量密度的电极材料。然而，这些材料自身的不稳定性所导致的极为有限的电池寿命严重阻碍了它们的实际应用。近年来研究表明，这种不稳定性是由于电极和电解液之间形成的电解质界面膜（Solid Electrolyte Interphase, SEI）的不稳定性造成的。以硅为例，硅在放电过程中与锂离子进行合金化，自身体积会可膨胀约4倍，此时在界面间的主要由无机盐构成的SEI膜容易破裂，并造成电极材料表面的再次暴露。由于SEI膜的形成需要电解质参与，而每次暴露出的Si表面在放电过程中又会不可逆地形成SEI膜，故硅的体积变化会造成大量锂离子和电解液的损耗。另外，硅材料在充放电循环中不断发生的膨胀-收缩形变会导致硅本身的结构崩坏，造成电极材料的损失。

如何能够稳定在合金型锂离子电池负极表面形成的SEI膜以及电极在充放电循环中的结构完整性对提升锂离子电池性能具有重要意义。

近日，美国化学会期刊（JACS）在线发表了由美国宾州州立大学（Pennsylvania State University）Donghai Wang教授（通讯作者）、Tom Mallouk教授及博士生Yue Gao（第一作者）等发表的一篇题为“General Method of Manipulating Formation, Composition, and Morphology of Solid-Electrolyte Interphases for Stable Li-Alloy Anodes”的论文。该文展示了一种通过利用点击化学（click chemistry）方法在硅纳米颗粒表面利用有机物功能化，以此调控硅负极电解质界面膜（SEI）的成分，并探索了不同SEI对硅电极稳定性的影响。

作者们首先在硅纳米颗粒表面用炔基修饰，然后使用含叠氮基的功能性有机物，利用Cu(I)催化的炔基-叠氮基之间的点击化学反应，将这些有机物通过共价键连接到硅颗粒表面。利用这种模块化的点击化学方法， 一系列功能化合物被高效地修饰在Si材料表面，并进行了性能的筛选优化。在这些有机物中，醚类寡聚物与SEI膜有强亲和力，可保证SEI与硅颗粒的紧密连接。而其中的环状碳酸亚乙烯酯部分可在放电过程中参与SEI形成，使得这种SEI膜含有大量有机物。这种化学强化后的SEI膜与硅附着良好，自身又具有较高的韧性，因而可保持硅电极的完整性又不易剥落损坏，极大地提高了硅负极的循环稳定性以及首圈库仑效率。此外，该法对其他锂合金型负极（如锗）同样有效，显示出该法的普适性。

文献链接：General Method of Manipulating Formation, Composition, and Morphology of Solid-Electrolyte Interphases for Stable Li-Alloy Anodes. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139 (48), 17359–17367