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鋰離子電池SEI膜形成機理

2022-08-08

鋰離子電池

鋰離子電池SEI膜的形成是碳負極與電解質(zhì)相互作用的結(jié)果，其穩(wěn)定性取決于電極和電解質(zhì)的性質(zhì)。SEI薄膜并不是簡單地沉積在電極表面，而是膜組分在結(jié)構(gòu)上與電極界面上的原子或基團有關(guān)，這是實現(xiàn)SEI薄膜組分的穩(wěn)定性所必需的，以保證碳負極弱氧化后形成的不規(guī)則界面中含有少量的-OH、-COOH等酸性基團。在電極過程中，易轉(zhuǎn)變?yōu)?OLi或羧基鋰鹽基團，使其穩(wěn)定存在于電極/電解質(zhì)界面上。氧化石墨在EC、EMC等電解質(zhì)中可以快速形成穩(wěn)定的SEI膜，從而減少電極的不可逆損耗。

電解質(zhì)的組成在很大程度上決定了鋰離子電池SEI膜的化學(xué)組成。不同的化學(xué)成分，膜的結(jié)構(gòu)和性能必然不同，因此電解液的組成是影響SEI膜性能的關(guān)鍵。一般認(rèn)為SEI薄膜的穩(wěn)定性和電極的循環(huán)性能在高溫下會下降。這是一個由于高溫條件加速了SEI膜的溶解和溶劑分子的嵌入，低溫條件下形成的SEI膜致密、穩(wěn)定、阻抗低，而低溫條件下形成的SEI膜在高溫下容易分解。由于不同離子的擴散速度和遷移次數(shù)不同，電解液成分在碳負極表面的還原和分解實際上是各種反應(yīng)競爭的結(jié)果。因此，不同電流密度下電化學(xué)反應(yīng)的主要形式不同，導(dǎo)致膜組成不同。

鋰離子電池SEI膜形成機理：

1、到達電極/電解質(zhì)界面的鋰離子會與電解質(zhì)中的溶劑分子、鋰陰離子、添加劑甚至雜質(zhì)分子發(fā)生不可逆的反應(yīng)。

2、不可逆反應(yīng)主要發(fā)生在電池次充電過程中，當(dāng)電極表面被SEI膜完全覆蓋時，不可逆反應(yīng)停止。

3、一旦形成穩(wěn)定的SEI膜，就可以重復(fù)充放電過程。

4、在電池次充電過程中，碳負極表面先于Li+插層，建立了完善的、致密的、可Li+導(dǎo)電的SEI膜。

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