РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті
Traditional dilute LiPF6-organocarbonate electrolytes used in lithium-ion batteries (LIB) with graphite anode are unable to provide the safety, long service life, and power of the novel high-energy lithium batteries (LB), including those that initially have not lithium metal on the anode’s current c...
Saved in:
| Published in: | Хімія, фізика та технологія поверхні |
|---|---|
| Date: | 2026 |
| Author Affiliations: | |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/897 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1874002080889307136 |
|---|---|
| author | Bi, Sihai Kuksenko, S.P. Yang, Peixia |
| author_facet | Bi, Sihai Kuksenko, S.P. Yang, Peixia |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Bi, Sihai |
| baseUrl_str | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/oai |
| collection | OJS |
| container_end_page | |
| container_issue | |
| container_start_page | |
| container_title | Хімія, фізика та технологія поверхні |
| container_volume | |
| datestamp_date | 2026-08-19T16:15:26Z |
| description | Traditional dilute LiPF6-organocarbonate electrolytes used in lithium-ion batteries (LIB) with graphite anode are unable to provide the safety, long service life, and power of the novel high-energy lithium batteries (LB), including those that initially have not lithium metal on the anode’s current collector. Improved properties are demonstrated by high concentration electrolytes (HCE), but the ultra-high salt concentration leads to low ionic conductivity and poor electrode wettability. This study shows for the first time the capability of localized high-concentration Li+-electrolyte (LHCE), such as 1.5 М LiN(SO2F)2 (LiFSI) solution in 1,2-dimethoxyethane (DME) diluted with    1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), dramatically increase the cycling of a cheap and high-energy aluminum foil anode (as an active material and current collector) to 1200 cycles with capacity loading       1 mАh cm–2 and current density 1 mА сm–2, with average Coulombic efficiency of cycles (CEav) equal to 99.2 %, even without prelithiation. Moreover, the Al anode in this electrolyte withstands cycling with 10 mА сm-2, and is also capable of operating at –20 °С without deterioration of electrochemical parameters. These achievements are made possible by the formation of a highly effective passivating layer with the function of a solid electrolyte (SEI) on the surface. For its characterization X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) were used, which indicate inorganic nature of the nanometer-thick SEI enriched with LiF, Li3N, and Li2SO3. Not only does it rapidly transport ions, but it also functions as a strong self-healing shield, providing improved interfacial stability. Among other things, the study shows the possibilities and limitations of the applied analysis methods. |
| first_indexed | 2026-08-20T01:00:53Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | www_cpts_com_ua-article-897 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| keywords_txt_mv | |
| last_indexed | 2026-08-20T01:00:53Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | www_cpts_com_ua-article-8972026-08-19T16:15:26Z XPS and TOF-SIMS characterization of the surface of aluminum foil anode after cycling in a localized high-concentration Li+-electrolyte РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті Bi, Sihai Kuksenko, S.P. Yang, Peixia X-ray photoelectron spectroscopy time-of-flight secondary ion mass spectrometry localized high-concentration Li+-electrolytes aluminum foil anode lithium and lithium-ion batteries рентгенівська фотоелектронна спектроскопія часопролітна мас-спектрометрія вторинних іонів локалізовані висококонцентровані органічні Li+-електроліти алюмінієва фольга анод літієві та літій-іонні акумулятори Traditional dilute LiPF6-organocarbonate electrolytes used in lithium-ion batteries (LIB) with graphite anode are unable to provide the safety, long service life, and power of the novel high-energy lithium batteries (LB), including those that initially have not lithium metal on the anode’s current collector. Improved properties are demonstrated by high concentration electrolytes (HCE), but the ultra-high salt concentration leads to low ionic conductivity and poor electrode wettability. This study shows for the first time the capability of localized high-concentration Li+-electrolyte (LHCE), such as 1.5 М LiN(SO2F)2 (LiFSI) solution in 1,2-dimethoxyethane (DME) diluted with    1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), dramatically increase the cycling of a cheap and high-energy aluminum foil anode (as an active material and current collector) to 1200 cycles with capacity loading       1 mАh cm–2 and current density 1 mА сm–2, with average Coulombic efficiency of cycles (CEav) equal to 99.2 %, even without prelithiation. Moreover, the Al anode in this electrolyte withstands cycling with 10 mА сm-2, and is also capable of operating at –20 °С without deterioration of electrochemical parameters. These achievements are made possible by the formation of a highly effective passivating layer with the function of a solid electrolyte (SEI) on the surface. For its characterization X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) were used, which indicate inorganic nature of the nanometer-thick SEI enriched with LiF, Li3N, and Li2SO3. Not only does it rapidly transport ions, but it also functions as a strong self-healing shield, providing improved interfacial stability. Among other things, the study shows the possibilities and limitations of the applied analysis methods. Традиційні розведені LiPF6-органокарбонатні електроліти, які використовуються в літій-іонних акумуляторах (ЛІА) із графітовим анодом, не здатні забезпечити безпеку, довгий строк служби та потужність новітніх високоенергоємних літієвих акумуляторів (ЛА), у тому числі тих, які спочатку не мають літію на анодному колекторі струму. Покращені властивості демонструють висококонцентровані електроліти (ВКЕ), але надвисока концентрація солі призводить до низької іонної провідності та поганої змачуваності електродів. У цій роботі вперше показана здатність локалізованих висококонцентрованих електролітів (ЛВКЕ), на прикладі 1.5 М розчину LiN(SO2F)2 (LiFSI) в 1,2-диметоксиетані (ДМЕ), розрідженому 1,1,2,2-тетрафторетил-2,2,3,3-тетрафторпропилетером (TTE), кардинально збільшити ресурс циклування анода з дешевої та високоенергоємної алюмінієвої фольги (як активного матеріалу та колектора струму) до 1200 циклів навантаженою ємністю 1 мАгод см–2 та струмом 1 мА см–2, із середньою кулонівською ефективністю циклів (CEav) 99.2 %, навіть без попереднього літіювання. Більше того, Al анод у цьому електроліті витримує циклування струмом 10 мА см–2, а також здатен до роботи при –20 °С без погіршення електрохімічних параметрів. Ці досягнення стають можливими завдяки формуванню високоефективного пасивуючого шару з функцією твердого електроліту (SEI) на поверхні. Для її характерізації використана рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (РФЕС) та часопролітна мас-спектрометрія вторинних іонів (ЧП-МСВІ), які вказують на неорганічну природу SEI нанометрової товщини, збагаченого сполуками LiF, Li3N та Li2SO3. Він не лише швидко переносить іони Li+, але й також функціонує як міцний самозаживлюючий щит, забезпечуючи покращену міжфазну стабільність. Крім іншого, дослідження показує можливасті та обмеження застосованих методів аналізу. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2026-08-19 Article Article https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/897 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 17 No. 3 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 334-346 Химия, физика и технология поверхности; Том 17 № 3 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 334-346 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 17 № 3 (2026): Хімія, фізика та технологія поверхні; 334-346 2518-1238 2079-1704 Copyright (c) 2026 Sihai Bi, S.P. Kuksenko, Peixia Yang https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | рентгенівська фотоелектронна спектроскопія часопролітна мас-спектрометрія вторинних іонів локалізовані висококонцентровані органічні Li+-електроліти алюмінієва фольга анод літієві та літій-іонні акумулятори Bi, Sihai Kuksenko, S.P. Yang, Peixia РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title | РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title_alt | XPS and TOF-SIMS characterization of the surface of aluminum foil anode after cycling in a localized high-concentration Li+-electrolyte |
| title_full | РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title_fullStr | РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title_full_unstemmed | РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title_short | РФЕС і ЧП-МСВІ характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому Li+-електроліті |
| title_sort | рфес і чп-мсві характеризація поверхні анода з алюмінієвої фольги після циклування у локалізованому висококонцентрованому li+-електроліті |
| topic | рентгенівська фотоелектронна спектроскопія часопролітна мас-спектрометрія вторинних іонів локалізовані висококонцентровані органічні Li+-електроліти алюмінієва фольга анод літієві та літій-іонні акумулятори |
| topic_facet | X-ray photoelectron spectroscopy time-of-flight secondary ion mass spectrometry localized high-concentration Li+-electrolytes aluminum foil anode lithium and lithium-ion batteries рентгенівська фотоелектронна спектроскопія часопролітна мас-спектрометрія вторинних іонів локалізовані висококонцентровані органічні Li+-електроліти алюмінієва фольга анод літієві та літій-іонні акумулятори |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/897 |
| work_keys_str_mv | AT bisihai xpsandtofsimscharacterizationofthesurfaceofaluminumfoilanodeaftercyclinginalocalizedhighconcentrationlielectrolyte AT kuksenkosp xpsandtofsimscharacterizationofthesurfaceofaluminumfoilanodeaftercyclinginalocalizedhighconcentrationlielectrolyte AT yangpeixia xpsandtofsimscharacterizationofthesurfaceofaluminumfoilanodeaftercyclinginalocalizedhighconcentrationlielectrolyte AT bisihai rfesíčpmsvíharakterizacíâpoverhníanodazalûmíníêvoífolʹgipíslâcikluvannâulokalízovanomuvisokokoncentrovanomulielektrolítí AT kuksenkosp rfesíčpmsvíharakterizacíâpoverhníanodazalûmíníêvoífolʹgipíslâcikluvannâulokalízovanomuvisokokoncentrovanomulielektrolítí AT yangpeixia rfesíčpmsvíharakterizacíâpoverhníanodazalûmíníêvoífolʹgipíslâcikluvannâulokalízovanomuvisokokoncentrovanomulielektrolítí |