鋰電池SEI膜的形成原理,溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響

來源：存能電氣  日期：2020-04-21 15:53  瀏覽量：次

鋰電池SEI膜的形成原理，溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響。SEI膜是鋰電池的重要組成部分，對(duì)鋰電池的性能有著重要的影響。SEI膜的產(chǎn)生主要是因?yàn)槌Ｒ?guī)的碳酸酯類溶劑在低電勢(shì)的負(fù)極表面不穩(wěn)定，發(fā)生還原分解進(jìn)而在其表面產(chǎn)生一層有機(jī)、無機(jī)混合的分解產(chǎn)物，這層產(chǎn)物能夠抑制電解液在負(fù)極表面的進(jìn)一步分解從而起到保護(hù)的作用。

鋰電池SEI膜的形成原理

鋰電池在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，是電子絕緣體卻是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，鋰離子可以經(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(huì)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。當(dāng)鋰電池開始充放電時(shí)鋰離子從正極活物質(zhì)中脫出進(jìn)入電解液穿透隔膜再進(jìn)入電解液，最后再嵌入負(fù)極碳材料的層狀空隙中鋰離子完成一個(gè)完整的脫嵌行為，此時(shí)電子從正極沿外端回路出來進(jìn)入負(fù)極碳材料中。

鋰電池SEI膜形成機(jī)制

⑴在一定的負(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；

⑶電極表面完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)即停止；

⑷一旦形成穩(wěn)定的SEI膜，充放電過程可多次循環(huán)進(jìn)行。

溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響

一般認(rèn)為高溫條件會(huì)使SEI膜的穩(wěn)定性下降和電極循環(huán)性能變差，這是因?yàn)楦邷貢r(shí)SEI膜的溶解和溶劑分子的共嵌入加劇，而低溫條件下SEI膜趨于穩(wěn)定，研究表明在-20℃時(shí)生成SEI膜循環(huán)性能最好，這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)形成的SEI膜致密、穩(wěn)定且阻抗較低。

使用及儲(chǔ)存時(shí)環(huán)境溫度對(duì)SEI膜有很大的影響，從而影響到電池的使用壽命，高溫下SEI膜的穩(wěn)定性不僅受溫度的影響而且還與電池的荷電狀態(tài)有關(guān)。100%荷電狀態(tài)下超過45℃高溫會(huì)破壞SEI膜的均一性致使電極阻抗增大循環(huán)性能衰減，而電池在荷電狀態(tài)為9%時(shí)于70℃儲(chǔ)存后負(fù)極表面SEI膜消失。

高溫條件下原來的膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)重整，膜的溶解于重新沉積使新的膜具有多孔結(jié)構(gòu)，從而使得電解液與電極產(chǎn)生進(jìn)一步接觸并繼續(xù)還原。目前在鋰電池制造商中普遍采用的化成后在30-60之間保溫老化以改善電池的循環(huán)性能和優(yōu)化電池的貯存性能，就是基于在較高溫度下SEI膜的結(jié)構(gòu)重整之說。

以上就是鋰電池SEI膜的形成原理和溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響。通過在成品電池的生產(chǎn)過程中控制化成工藝的三個(gè)工藝參數(shù)來獲得性能優(yōu)良的SEI膜，在電池循環(huán)過程中盡量減少SEI膜的進(jìn)一步生成，降低電池中鋰總量的消耗，可以提升電池的庫倫效率、循環(huán)壽命及安全性能。