最近，苏州大学郑洪河教授团队在ACS Nano上发表题为“Prefabrication of “Trinity” Functional Binary Layers on a Silicon Surface to Develop High-Performance Lithium-Ion Batteries”的文章。文章在Si表面引入优化的粘结剂和电解液组分结构中的有益官能团，实现了由偶氮二甲酰胺和4-硝基苯磺酰氟（AN）组成的官能团集成预成膜。功能性的AN界面层诱导电解质的有益还原分解反应，并形成具有均匀分布的有机/无机组分的混合SEI层，这可以增强整个电极的机械强度，抑制有害的电解质耗尽反应，并在循环过程中保持有效的离子/电子传输。
针对以上问题，华中科技大学郭新和中科院物理所王雪锋等人报道了一种准固态聚合物电解质，在-20 °C时离子电导率为2.2×10-4 S cm-1。电解质通过使用1，3，5-三氧六环基前驱体原位聚合制备。聚合物基电解质可在Li金属电极上形成双层固体电解质界面，并稳定LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2基正极，从而改善低温下的界面电荷转移。因此，锂金属电极处枝晶的生长受到阻碍，从而使Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2纽扣和软包电池即使在-30 °C下也能稳定工作。特别是，他们报道了一个Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2纽扣电池在-20 °C和20 mA g-1下循环能够保持其在30 °C和相同比电流下首次放电容量的75%以上（即约151 mAh g-1）。
一：硅表面功能性复合层AN的构筑
AZ和NSF分子通过共溶解法固定可以在Si表面，进一步比较了Si和Si@AN11粉末的FTIR谱图和XRD特征，发现这两个样品都具有与Si的晶面衍射相对应的特征峰，表明Si颗粒的晶体结构不会被AN11复合层破坏。SEM和TEM图显示了Si颗粒为球形，尺寸约为150 nm，并揭示了Si表面上AN层的厚度为3-4 nm。
二：AN功能性复合层对硅负极电化学性能的提升
比较了具有不同AZ和NSF重量比的Si负极在0.5 C充放电时的循环行为，可以发现Si@AN负极的循环性能均优于纯Si负极。其中Si@AN11负极在第500次循环时保持最高容量（1407.9mAh g-1），与300次循环后几乎没有容量的Si电极形成鲜明对比。这表明了在Si表面上构建AN11复合层的策略可提高Li-Si合金化/去合金化动力学的可逆性。图2e比较了Si和Si@AN11负极的倍率性能。在10 C时，Si阳极几乎没有保留容量，而Si@AN11负极可发挥出1773.5 mAh g-1的容量。这种倍率性能的提升主要是由于AN原位转化形成的SEI膜具有良好的导锂性。
三：AN11复合层的分解机制研究
测试分析了新鲜和化成后的AN11电极的XPS谱，发现化成后硅表面随着P-F（686.8 eV）和LiF（685.2 eV）成分的出现AN11部分特征峰消失。可以断定，NSF分子有助于LiF成分的形成。在N 1s谱中，可以看出循环前后-SO2-基团（S 2p1/2:169.4 eV；S 2p3/2:167.8 eV）可以稳定存在的。基于上述现象，AN复合物呈现出有趣的分解机制。如图3e所示，分解机制主要分为三个部分：1. NSF分子中-SO2F基团的S-F键断裂，F-与Li+结合形成无机LiF。2.-NO2基团发生明显的电化学反应，N自由基相互反应形成稳定的N=N键，O原子与Li+结合形成无机Li2O盐。3. S自由基与AZ分子的-NH2基团结合形成磺胺基团，最终形成Poly（AN=N）低聚物。因此, Si@AN11负极性能的提升可能是由于与无机Li2O/LiF盐与Poly（AN=N）低聚物复合的稳定结构SEI膜。
四：AN11功能性复合层对于硅负极的作用机制
500次循环后，在Si电极中可以观察到Si颗粒的严重压碎和电极开裂。巨大裂纹的存在表明，Si阳极在循环过程中很难保持其物理完整性。微观和宏观结构表明，Si/电解质界面处的寄生反应产物既不能防止活性Si的消耗，也不能承受体积变化，最终导致严重的容量下降。相比之下，在Si@AN11负极中，裂纹减少，Si颗粒形状保持良好。图5g和h显示了Si和Si中的形态演变、界面组成和粘合剂构象的示意图Si@AN11电极在循环期间。对于纯Si电极（图4g），Si颗粒破碎，由于电解质的过度消耗导致形成厚且不规则的SEI层。这种不规则的SEI层具有高电阻特性和不均匀的Li+传输路径，导致活性Si的损失和死Li的积累。