近日，我院周国兵副研究员/杨振教授团队在锂金属电池固态电解质界面相（SEI）形成机制研究方面取得重要进展，相关成果以 “Atomic Resolution of Solid−Electrolyte Interphase Formation via Off-Lattice On-the-Fly Kinetic Monte Carlo”为题发表于国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》。该研究通过发展新型跨尺度模拟方法，在原子尺度上系统揭示了SEI的形成过程与结构演化规律，为理解和调控锂金属电池界面反应提供了新的理论工具。江西师范大学为第一完成单位，周国兵副研究员为本文第一作者，北京大学许审镇教授为本文通讯作者。

固态电解质界面相（SEI）是锂金属电池中决定循环稳定性与安全性的关键界面层，其形成过程涉及复杂的界面反应与跨时间尺度演化，长期以来难以通过实验或传统理论方法直接解析。针对这一挑战，研究团队首次将off-lattice on-the-fly kinetic Monte Carlo模拟方法与机器学习力场相结合，构建了一套无需预设反应事件、可随界面环境动态演化的模拟框架，实现了对SEI形成全过程的原子尺度模拟。

基于该方法，研究团队系统探究了锂金属表面与典型EC电解液体系的界面反应过程，清晰揭示了溶剂分子与盐阴离子的分解路径、反应网络及其空间分布特征。研究结果表明，电解液分解产物在界面处呈现出明显的空间分层特征：靠近锂金属表面的区域以LiF、Li₂O和Li₂CO₃等无机组分为主，而有机分解产物则主要分布在远离电极的外层区域。这种 “无机内层–有机外层” 的双层结构特征，与冷冻透射电镜、XPS 深度剖析等实验手段所揭示的SEI典型结构高度一致。此外，模拟结果还系统揭示了SEI生长过程对温度的依赖关系：随着温度升高，SEI形成速率显著加快，但其厚度演化呈现出逐渐趋于饱和的非线性增长特征。这一趋势与实验中观察到的SEI形成在初期快速增长、随后受界面钝化效应限制而减缓的行为规律相一致，进一步验证了所提出模拟框架在描述界面反应方面的可靠性。通过对反应网络的自动化分析，研究团队还识别出PF₆⁻阴离子逐步脱氟生成LiF，以及溶剂EC分子经开环与键断裂形成无机与有机产物的反应路径，这些分解机制与已有第一性原理计算和实验推断的SEI生成机理相互印证。总体而言，该工作在原子尺度上实现了理论模拟结果与实验观测结果之间的高度一致，为深入理解SEI的真实形成过程提供了坚实的理论支撑。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c21439

三审三校：周国兵 陶端健 邓建刚