锂离子电池SEI膜是什么

锂离子电池SEI膜是什么碳类负极材料是目前商业化应用最为成功的锂离子电池负极材料，但是碳类负极的工作电压处于电解液组分的稳定电化学窗口之外，因此当电极处在充电状态下，即阴极极化过程中，在电极电解液界面会发生电解液的还原分解，同时伴随着不可逆的锂离子的消耗。分解产物覆盖在电极表面，构成了一层保护层。这个过程主要发生在循环的开始阶段，尤其是第一次循环。石墨表面所形成的分解产物层根据它们的功能可以分为两类。在石墨的端面及基面缺陷处，锂离子通过脱嵌反应在石墨中进出，在这些表面上形成的保护层称为固体电解液界面即$£1膜。SEI膜有其特殊的功能，即允许锂离子通过而阻止溶剂组分和电子的通过，因此SEI膜具有防止电解液继续还原分解和抑制充电状态下电极腐蚀的作用。当该保护层钝化效果不好时，一方面可能会发生溶剂分子与锂离子的共嵌入，从而导致石墨材料的剥落和无定形化，另一种可能会使部分石墨电极活性材料的失活。然而，在石墨的其他表面，即没有锂离子脱嵌的地方（基面），所形成的的表面保护层没有上述功能，但是该保护层也能抑制石墨表面与电解液的进一步反应。同时，由于碳原子在端面和基面的活性有些许差别，分别为5J/m2和0.11J/m2,因此端面和基面表面保护层的成分和厚度有所不同。由于两种保护层功能和成分的不同，因此在衰减过程中的失效过程也不一样，实际研究中关注较多的是端面的SEI膜与电池失效的关系。锂离子在电解液和电极界面的传输必然经过SEI膜，因此SEI膜的诸多特性：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、锂离子扩散速率，而这些特性最终决定了锂离子脱嵌过程动力学止2］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。在对SEI膜的研究之初，主要集中在对负极的研究。众所周知，负极界面阻抗的增加会导致高能量电池容量的衰减。而对于高功率电池，正极界面阻抗的显著增加则会导致高功率电池的功率损失。高温和高充电截止电压都会加速正极界面阻抗的增加。研究指出，在正极表面由于电解液氧化分解和LiPF6的分解会形成一层钝化膜。以银酸锂和钻酸锂材料为例，材料本身会作为电解液氧化反应的氧来源，经氧化反应后生成一种存在氧缺失的岩盐结构。和负极SEI膜相比，正极界面膜厚度较薄，但能够有效阻止电解液组分的进一步氧化反应，提高了电解液组分的氧化电位；该钝化膜也增加了界面阻抗，降低了电池的可逆循环容量。因此，正极材料的电化学行为，将会在一定程度上依赖于电极的表面化学性质。影响正极SEI膜生成的主要因素有温度、贮存电势以及电极表面原始表面膜的组成等，循环