鋰離子電池SEI膜是什么?鋰電池SEI膜對電池性能的影響

來源：存能電氣  日期：2019-11-01 10:25  瀏覽量：次

　　鋰離子電池SEI膜是什么?鋰電池SEI膜對電池性能的影響。眾所周知，鋰離子電池在許多極性非質(zhì)子溶劑體系中具有明顯的穩(wěn)定性，這是由于在這些電解液中它們被一層表面所鈍化的緣故，人們稱之為SEI膜。電池的循環(huán)壽命強(qiáng)烈地依賴于鋰的溶解/沉積過程中不可逆容量，SEI膜的形成在其中起著重要的作用。

　　鋰離子電池SEI膜是什么

　　在液態(tài)鋰離子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。

　　成膜機(jī)理：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。

　　鋰離子電池SEI膜的特性

　　SEI膜阻抗、對電極鈍化效果、鋰離子反復(fù)脫嵌過程中自身的柔韌性、鋰離子電池?cái)U(kuò)散速率，而這些特性最終決定了鋰離子脫嵌過程動(dòng)力學(xué)以及電極/電解液界面的穩(wěn)定性，從而決定了電池的循環(huán)壽命、自放電等性能。

　　SEI膜是由電解液分解產(chǎn)物組成的，因而電解液的組分很大程度上決定了SEI膜的特性，好的成膜溶劑和成膜添加劑不僅能在首圈循環(huán)中支持SEI膜的形成過程，同時(shí)也要減緩循環(huán)過程中SEI膜的老化過程。除此之外，負(fù)極材料的表面狀態(tài)、充放電機(jī)制也會影響SEI膜的性能。

　　SEI膜的結(jié)構(gòu)由兩層或兩層以上的不同成分的物質(zhì)組成。其中，第一層物質(zhì)接近負(fù)極材料，較致密，由LizolB3-3]、LizCOg/3637]、LiOH38]、LiFI9]等無機(jī)產(chǎn)物組成;第二層物質(zhì)附在第一層上面，由較疏松或多孔結(jié)構(gòu)的烷氧碳酸鋰和聚合物等有機(jī)化合物組成。

　　鋰電池SEI膜對電池性能的影響

　　SEI的作用要從其本身的特征來進(jìn)行分析，其特點(diǎn)是：①SEI是電極材料與電解液中間的一個(gè)界面層，將兩者分隔開來。②具有固體電解質(zhì)的特征；③Li+可以順利通過，而電子卻無法通過。

　　1、有金屬鋰和電解液組分之間的反應(yīng)造成的腐蝕程度是由其表面SEI膜的鈍化性能決定的。

　　2、鋰的溶解-沉積過程中必須通過SEI膜發(fā)生，而且鋰離子通過SEI膜遷移是鋰沉積-溶解過程的速率控制步驟，它決定了鋰沉積-溶解過程的均勻性。當(dāng)鋰的沉積是均勻的時(shí)候，在循環(huán)過程中，金屬鋰就可以大部分避免腐蝕，這樣鋰電極就可以獲得較好的循環(huán)效率。

　　3、鋰離子能夠通過SEI膜發(fā)生鋰的沉積和溶解過程，但在溶解和沉積過程中，由于主要由離子組分組成的SEI膜很難適應(yīng)上述過程鋰表面形態(tài)的變化，因此SEI膜發(fā)生破裂，導(dǎo)致了“裸鋰”的產(chǎn)生，以及它的電解液的更進(jìn)一步反應(yīng)，因此在鋰的重復(fù)沉積-溶劑熱過程中，鋰和電解液組分不斷被消耗，導(dǎo)致鋰電極循環(huán)性能衰減。

　　4、SEI膜的破裂會導(dǎo)致形成一些高活性位，從而加速這些部位鋰的沉積和溶劑速度，導(dǎo)致鋰電極表面電流分配的不均勻性，不均勻性和枝晶的生成導(dǎo)致出現(xiàn)一系列的安全問題，這就是金屬鋰蓄電池商品化應(yīng)用遭到失敗的主要原因。

　　許多電極/電解質(zhì)界面反應(yīng)決定了鋰離子電池性能，SEI膜對鋰離子電池的不可逆容量、循環(huán)性能、嵌鋰穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)等都有重要影響，而SEI膜的組成和性能等主要受電解液組成的影響。