固体电解质膜(SEI)是影响有机液态锂离子电池稳定性、倍率性能和循环寿命的关键因素，由于其复杂的成分结构及动态的固液界面，仅从实验上难以清晰地给出其结构成分特征、离子/电子传导特性、化学/电化学稳定性等物理图像，急切需要结合理论模拟来全面深入理解上述性质，进而加速SEI膜的改性研究进程。本文以SEI的形成、原位改性、性能预测和设计为主线，系统评述了近三十年SEI的多尺度计算模拟研究进展：综述了常见电解质溶液EC、VC、FEC还原形成SEI及利用添加剂进行改性的理论模拟研究；围绕电子隧穿、离子电导、界面电化学/化学/力学稳定性等问题，揭示了SEI理性设计的发展历程；阐明了融合不同时间-空间尺度模拟方法开展SEI综合性能理解并进行性能预测、添加剂筛选及高效SEI膜设计的必要性。

【 成果简介 】

自从1991年索尼公司商业化生产出可充电锂电池以来，锂离子电池能量密度以每年5 Wh·kg ^-1 的速度增长着，目前已达到160 Wh·kg ^-1 ，处于瓶颈状态，限制锂离子电池性能的一个重要困难是其复杂的电极/电解质界面，界面处不稳定的电化学平衡通常会导致固体电解质膜(SEI)的产生。SEI膜主要可看作双层结构，靠近电极界面的无机层(Li ₂ CO ₃ , LiF, Li ₂ O)及电解液侧的半有机/有机层(dilithium ethylene glycol dicarbonate (Li ₂ EDC) and ROLi, where R depends on the solvent)，除相对宏观的双层结构外，整个SEI膜还存在着复杂且不均匀的马赛克结构。

图1a揭示了SEI膜产生的基本原理，即电极电位与电解质电化学窗口的不完美匹配，常见电解质溶液的LUMO均高于嵌锂石墨(~ 0.1 eV)和锂金属(0 eV)氧化还原电位所对应的的能量值，因而SEI的产生不可避免。图1b为常见电解质溶液成分的理论预测电位。