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簡述鋰離子電池的SEI膜

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年05月07日  

  鋰離子電池在電池首次從放電過程中,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”(solidelectrolyteinterface),簡稱SEI膜。

  SEI膜的性能影響

  1.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。

  2.SEI膜具有有機溶劑不溶性,在有機電解質(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損壞,因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。

  SEI膜生成與副反應(yīng)損耗容量區(qū)別

  1.在多次充放電后,石墨負(fù)極的表面往往會形成一層SEI膜,阻止電解液與石墨負(fù)極之間相互作用。但當(dāng)溫度升高時,SEI膜會發(fā)生分解反應(yīng),引起電解質(zhì)與負(fù)極表面發(fā)生不可逆反應(yīng),導(dǎo)致不可逆容量形成并產(chǎn)生熱量,使溫度進(jìn)一步上升。

  2.溫度升高時,溶劑與電解質(zhì)也會發(fā)生反應(yīng),放出熱量。

  環(huán)境溫度對SEI膜的影響

  使用及存儲溫度對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)SOC有關(guān)。100%SOC狀態(tài)下超過45度高溫會破壞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SOC9%時于70度存儲后,負(fù)極表面SEI膜消失。

  電壓對SEI膜的影響

  石墨負(fù)極體系中,SEI膜的形成依賴于電池電壓。電池電壓3.0V時,SEI膜開始形成,直到3.8V,這一階段主要生成Li2CO3;同時還有少量的LiF以及CH3OCO2Li生成,最終到達(dá)4.2V時主要就是電解質(zhì)鹽的分解。所以SEI膜最外層的化合物主要為LiF。

  不同荷電狀態(tài)下,SEI膜的阻抗也不相同。負(fù)極滿電狀態(tài)時的SEI膜的阻抗高于放電狀態(tài),這是由插鋰及脫鋰過程中負(fù)極體積變化造成的。

  電池過充時,過量的Li+沒有負(fù)極材料可供嵌入,那部分Li+就會在負(fù)極表面還原為金屬鋰析出,從而帶來短路的危險,而且,引起正極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化和電解液分解,產(chǎn)生大量氣體,放出大量熱量,使電池溫度和內(nèi)壓增加,存在爆炸、燃燒等隱患。電池過放電時,負(fù)極表面SEI膜中的Li+全部脫出,SEI膜被破壞。當(dāng)電池再次充放電循環(huán)時,重新形成SEI膜穩(wěn)定性和致密性可能變差,需要Li+量較大,由此造成放電容量和充放電效率降低。

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