鋰電池SEI膜是什么?鋰電池SEI膜的形成

來源：存能電氣  日期：2019-09-09 16:07  瀏覽量：次

　　鋰電池SEI膜是什么？鋰電池SEI膜的形成。鋰電池在-20℃下化成形成的SEI致密性很好且具有較低的阻抗，SEI厚度約100-120nm，其成分隨電解液成分的不同而不同，一般由Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇鹽和非導(dǎo)電聚合物組成，是多層結(jié)構(gòu)，靠近電解液的一面是多孔的，靠近電極的一面是致密的。

　　鋰電池SEI膜是什么？

　　在液態(tài)鋰電池首次充放電過程中,電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng),形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。這種鈍化層是一種界面層,具有固體電解質(zhì)的特征,是電子絕緣體卻是Li+的優(yōu)良導(dǎo)體，Li+可以經(jīng)過該鈍化層自由地嵌入和脫出,因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質(zhì)界面膜”，簡稱SEI膜。

　　SEI膜的形成對電極材料的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。一方面,SEI膜的形成消耗了部分鋰離子,使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率；另一方面,SEI膜具有有機(jī)溶劑不溶性,在有機(jī)電解質(zhì)溶液中能穩(wěn)定存在,并且溶劑分子不能通過該層鈍化膜,從而能有效防止溶劑分子的共嵌入,避免了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞,因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。

　　SEI膜的形成過程，即電化學(xué)反應(yīng)過程。在電壓達(dá)到一定值時(shí)，在負(fù)極表面會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，主要是電池化成這一步形成膜的，SEI膜主要由烷基脂鋰、碳酸鋰等組成，它具有多層結(jié)構(gòu)，靠近電解液的一端較為致密，該膜在電極和電解液中間充當(dāng)中間相，具有固體電解質(zhì)的性質(zhì)，且只允許鋰離子自由通過，而對電子絕緣。

　　鋰電池SEI膜作用如下

　　第一，SEI膜對負(fù)極材料會產(chǎn)生保護(hù)作用，使材料結(jié)構(gòu)不容易崩塌，增加電極材料的循環(huán)壽命。

　　第二，SEI膜在產(chǎn)生過程中會消耗一部分鋰離子，而負(fù)極反應(yīng)過程其實(shí)就是一個(gè)在碳的層間結(jié)構(gòu)中鋰離子嵌入與脫出的一個(gè)過程。所以SEI膜的形成是會降低負(fù)極首次循環(huán)效率的。

　　第三，SEI膜并不只是在負(fù)極表面會產(chǎn)出，在正極表面也會產(chǎn)生，只不過影響比較小。

　　另外，首次循環(huán)效率是負(fù)極材料一個(gè)很重要的性能指標(biāo)，首次效率越高越好。通過對負(fù)極材料包覆、球化、表面改性等方式，可以大大增加首次循環(huán)效率和循環(huán)壽命。

　　鋰電池SEI膜的形成機(jī)制

　?、旁谝欢ǖ呢?fù)極電位下，電極/電解液相界面的鋰離子與電解液中的溶劑分子等發(fā)生不可逆反應(yīng)；

　　⑵不可逆反應(yīng)主要發(fā)生在電池首次充電過程中；

　?、请姌O表面完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)即停止；

　?、纫坏┬纬煞€(wěn)定的SEI膜，充放電過程可多次循環(huán)進(jìn)行。

　　SEI膜的形成過程會消耗電池中的鋰離子，并且SEI膜并不是穩(wěn)定不變的，會在循環(huán)過程中不斷的破裂，露出來新的碳表面再與電解質(zhì)反應(yīng)形成新的SEI膜，這樣會不斷造成鋰離子和電解質(zhì)的持續(xù)損耗，導(dǎo)致電池的容量下降。