什么是鋰離子電池SEI膜?

碳陽(yáng)極材料是最成功的商業(yè)應(yīng)用的鋰離子電池陰極材料,但碳陽(yáng)極電化學(xué)窗口的工作電壓的穩(wěn)定電解質(zhì)成分,所以,當(dāng)電極在充電狀態(tài),即陰極極化過(guò)程中,電極電解液界面減少電解液分解,同時(shí)會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的鋰離子的支出。分解產(chǎn)物覆蓋在電極表面，形成保護(hù)層。這個(gè)過(guò)程主要發(fā)生在周期的開(kāi)始，特別是第一個(gè)周期。

 

鋰離子電池SEI膜

 

在石墨表面形成的分解產(chǎn)物層按其功能可分為兩類(lèi)。在石墨的端部和基底表面的缺陷處，鋰離子通過(guò)未嵌入反應(yīng)進(jìn)出石墨。在這些表面上形成的保護(hù)層稱(chēng)為固體電解質(zhì)界面或SEI膜。SEI膜有其特殊的功能，即允許鋰離子通過(guò)，阻止溶劑成分和電子通過(guò)。因此，SEI膜可以防止電解液在充電狀態(tài)下的持續(xù)還原和分解，抑制電極的腐蝕。當(dāng)保護(hù)層的鈍化效果不好時(shí)，一方面會(huì)發(fā)生溶劑分子與鋰離子共包埋，導(dǎo)致石墨材料的剝落和無(wú)定形;另一方面，一些石墨電極活性材料也可能發(fā)生失活。然而，在石墨的其他表面，即鋰離子沒(méi)有引爆的地方(基面)，形成的表面保護(hù)層沒(méi)有這種功能，但保護(hù)層也可以抑制石墨表面與電解質(zhì)的進(jìn)一步反應(yīng)。同時(shí)，由于端面和基面碳原子的活性略有不同，分別為5J/m2和0.11j /m2，因此端面和基面保護(hù)層的組成和厚度也有所不同。由于兩層保護(hù)層的功能和組成不同，衰減過(guò)程中的失效過(guò)程也不同。在實(shí)際研究中，更多地關(guān)注的是電池末端的SEI膜與電池失效的關(guān)系。

 

鋰離子在電解質(zhì)和電極之間的界面上的轉(zhuǎn)移必須經(jīng)過(guò)SEI膜，所以SEI膜的許多特性如下:

 

SEI膜阻抗,對(duì)電極鈍化作用,鋰離子的靈活性在重復(fù)de-embedding過(guò)程中,鋰離子的擴(kuò)散速度并最終確定的動(dòng)力鋰離子de-embedding過(guò)程(B2)和電極/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性,從而確定電池的循環(huán)壽命、自放電等性能。

 

SEI膜是由電解液分解產(chǎn)物組成，所以電解液的組成在很大程度上決定了SEI膜的特性。良好的成膜溶劑和成膜添加劑不僅可以支持SEI膜在第一個(gè)周期的形成過(guò)程，而且可以延緩SEI膜在第一個(gè)周期的老化過(guò)程。此外，陰極材料的表面狀態(tài)和充放電機(jī)制也會(huì)影響SEI膜的性能。

 

SEI膜的結(jié)構(gòu)由兩層或兩層以上不同成分的材料構(gòu)成。第一層靠近陰極材料，相對(duì)致密，由lizolb3-3 [， LizCOg/3637]， LiOH38 [， LiFI9]等無(wú)機(jī)產(chǎn)物組成。第二層與第一層相連，由具有更多孔或多孔結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物如碳酸氫鋰和聚合物組成。

 

在SEI膜的研究初期，主要集中在負(fù)極上。眾所周知，負(fù)界面阻抗的增加會(huì)導(dǎo)致高能電池容量的衰減。但對(duì)于大功率電池而言，正界面阻抗的顯著增大會(huì)導(dǎo)致大功率電池的功率損耗。高溫和高電荷截止電壓都加速了正界面阻抗的增加。