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锂离子电池SEI膜是什么?锂电池SEI膜对电池性能的影响

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2019-11-01 10:25  浏览量:

  锂离子电池SEI膜是什么?锂电池SEI膜对电池性能的影响。众所周知,锂离子电池在许多极性非质子溶剂体系中具有明显的稳定性,这是由于在这些电解液中它们被一层表面所钝化的缘故,人们称之为SEI膜。电池的循环寿命强烈地依赖于锂的溶解/沉积过程中不可逆容量,SEI膜的形成在其中起着重要的作用。

  锂离子电池SEI膜是什么

  在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体Li+的优良导体,Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”简称SEI膜。

  成膜机理:SEI膜的形成过程,即电化学反应过程。在电压达到一定值时,在负极表面会发生一系列的物理化学变化。在实际生产中,主要是电池化成这一步形成膜的,SEI膜主要由烷基脂锂、碳酸锂等组成,它具有多层结构,靠近电解液的一端较为致密,该膜在电极和电解液中间充当中间相,具有固体电解质的性质,且只允许锂离子自由通过,而对电子绝缘。

锂离子电池.jpg

  锂离子电池SEI膜的特性

  SEI膜阻抗、对电极钝化效果、锂离子反复脱嵌过程中自身的柔韧性、锂离子电池扩散速率,而这些特性最终决定了锂离子脱嵌过程动力学以及电极/电解液界面的稳定性,从而决定了电池的循环寿命、自放电等性能。

  SEI膜是由电解液分解产物组成的,因而电解液的组分很大程度上决定了SEI膜的特性,好的成膜溶剂和成膜添加剂不仅能在首圈循环中支持SEI膜的形成过程,同时也要减缓循环过程中SEI膜的老化过程。除此之外,负极材料的表面状态、充放电机制也会影响SEI膜的性能。

  SEI膜的结构由两层或两层以上的不同成分的物质组成。其中,第一层物质接近负极材料,较致密,由LizolB3-3]、LizCOg/3637]、LiOH38]、LiFI9]等无机产物组成;第二层物质附在第一层上面,由较疏松或多孔结构的烷氧碳酸锂和聚合物等有机化合物组成。

  锂电池SEI膜对电池性能的影响

  SEI的作用要从其本身的特征来进行分析,其特点是:①SEI是电极材料与电解液中间的一个界面层,将两者分隔开来。②具有固体电解质的特征;③Li+可以顺利通过,而电子却无法通过。

  1、有金属锂和电解液组分之间的反应造成的腐蚀程度是由其表面SEI膜的钝化性能决定的。

  2、锂的溶解-沉积过程中必须通过SEI膜发生,而且锂离子通过SEI膜迁移是锂沉积-溶解过程的速率控制步骤,它决定了锂沉积-溶解过程的均匀性。当锂的沉积是均匀的时候,在循环过程中,金属锂就可以大部分避免腐蚀,这样锂电极就可以获得较好的循环效率。

  3、锂离子能够通过SEI膜发生锂的沉积和溶解过程,但在溶解和沉积过程中,由于主要由离子组分组成的SEI膜很难适应上述过程锂表面形态的变化,因此SEI膜发生破裂,导致了“裸锂”的产生,以及它的电解液的更进一步反应,因此在锂的重复沉积-溶剂热过程中,锂和电解液组分不断被消耗,导致锂电极循环性能衰减。

  4、SEI膜的破裂会导致形成一些高活性位,从而加速这些部位锂的沉积和溶剂速度,导致锂电极表面电流分配的不均匀性,不均匀性和枝晶的生成导致出现一系列的安全问题,这就是金属锂蓄电池商品化应用遭到失败的主要原因。

  许多电极/电解质界面反应决定了锂离子电池性能,SEI膜对锂离子电池的不可逆容量、循环性能、嵌锂稳定性和动力学性质等都有重要影响,而SEI膜的组成和性能等主要受电解液组成的影响。

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