蒋业明，中国台湾人，美国工程院院士，台湾中央研究院院士,麻省理工学院材料系教授。汤森路透集团于2011年发布的全球顶尖一百材料学家名人堂榜单，在这份依据过去10年中所发表研究论文的引用率而确定的最优秀的100名材料学家榜单中，共有15位华人科学家入选，蒋业明（Yet-Ming Chiang），全球总排名第66位，华人排名第12位。根据Google学术显示其文章引用次数33135，h指数86。
要想充分发挥出电池的潜力，电极和电解质的设计必须在一定区域范围内促进离子传输。在这里，作者对容量约为6 nAh的单电极粒子进行了动力学测量。结果表明，当使用常规的LiPF6盐时，锂嵌入到LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(NMC333)中的过程主要受到界面动力学的阻碍。在其他条件相同的情况下，含LiTFSI盐的电解质（带有或不带有LiPF6）的交换电流密度大约高100倍。通过分子动力学模拟、结合能的密度泛函理论计算和溶剂化结构的拉曼光谱表征，解释了这种阴离子基团效应。结果表明，与PF6-相比，TFSI-优先与Li+结合。
实验设计
作者从通常用于复合电极的商用NMC粉末中分离出单电极颗粒，并在三电极池中进行测量。插图中显示了安装在钨探针上的28 μm粒子的扫描电子显微镜图像。作者的目的是揭示电解质组成和SOC对J0的影响，这将为如何设计快速界面动力学系统提供新见解。
这里首次给出了J0与SOC、盐种类和总盐浓度三个自变量的依赖关系。在含有1M LiPF6的参考电解质中(图a，c)，用EIS和PITT测得的两个粒子显示了SOC依赖关系。J0随充电电压增加约100倍，在高压(~4.5 V)下接近~0.2 mA cm−2，且在充放电之间基本可逆。
对PITT数据进行了分析以评估界面电阻和体积电阻对NMC333中锂迁移的相对贡献。在相同锂盐浓度下，TFSI-作为阴离子基团时的界面反应速率比PF6−至少高一个数量级。TFSI−电解液的界面反应速率在1~5 M浓度之间几乎没有浓度依赖性，而PF6−结果随着浓度的增加而急剧下降。
如果对单粒子结果的解释是正确的，那么观察到的动力学差异也应该可以转化为使用宏观电极的电池。在纽扣电池中，用NMC333复合正极和锂金属对电极电池测试了三种电解质。在双盐情况下，由于LiPF6提供的钝化作用，1和2 M LiTFSI浓度与铝集流体保持稳定。然而，在5 C和10 C的倍率下，观察到放电容量差异较大。
阴离子基团对界面传输影响显著的一个可能原因是形成了组成上截然不同的在固体电解质中间相。作者对NMC333粒子在四种选定电解质中延长循环后的表面进行了X射线光电子能谱(XPS)表征。结果表明任何溶剂或盐的分解都会形成厚度小于5 nm的CEI。
锂溶剂化结构(如图a所示)的配位数(CN)是通过对第一个峰上的径向分布函数(RDF)(图b)积分来确定的。随着浓度的增加，P或N的CN增加，因为在高浓度电解质中有更多的阴离子与锂离子配位。这表明在溶剂化过程中至少有一个阴离子配位了一个锂离子。对于相同摩尔分数的单一盐(LiPF6或LiTFSI)，每个锂周围的TFSi-高于PF6−。这结果表明TFSI−有更强的配位锂离子的倾向。
用极化连续介质模型(PCM)计算的2 M单盐电解质(图a)的结合能与MD模拟中观察到的结果一致，即单盐LiPF6和LiTFSI电解质中最常见的3-2-0和3-0-2组态具有最高的结合能。
总之，作者使用两种最常用的盐LiPF6和LiTFSI对电解质在正极-液体电解质界面上的锂迁移进行了系统的研究，揭示了交换电流在含有TFSI−阴离子基团的电解液中，密度比仅含有PF6−的电解液高出约100倍。当两个阴离子基团都存在时，从而竞争溶解Li+离子，TFSI−基团比PF6−更容易与Li+结合，从而提供更容易的解溶和更快的界面动力学。这些研究为电解质在高电流倍率下实现更好的性能提供了一种研究思路。
Ultrafast ion transport at a cathode–electrolyte interface and its strong dependence on salt solvation. (Nature Energy, 2020, DOI: 10.1038/ s41560-020-0647-0)
原文链接：https:/ / doi.org/10.1038/ s41560-020-0647-0
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