有關(guān)鋰離子電池包中SEI膜相關(guān)原理，值得大家了解一下。SEI允許鋰離子通過而禁止電子通過，一方面保證了搖椅式充放電循環(huán)的持續(xù)，另一方面阻礙了鋰離子的進(jìn)一步消耗，提高了電池的使用壽命。

什么是SEI膜?

在鋰離子電池包首次充放電過程中,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)的特點(diǎn),是電子絕緣體卻是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”( solid electrolyte interface) ,簡稱SEI 膜。

SEI膜的組成成分有什么?

負(fù)極材料石墨與電解液界面上通過界面反應(yīng)能生成SEI膜,多種分析方法也證明SEI膜確實(shí)存在,厚度約為100～120nm,其組成重要有各種無機(jī)成分如Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等和各種有機(jī)成分如ROCO2Li、ROLi、(ROCO2Li)2等。

烷基碳酸鋰和Li2CO3均為3.5V前形成SEI膜的重要成分，烷基碳酸鋰和烷氧基鋰為3.5V后形成SEI膜的重要成分。

什么條件關(guān)于SEI膜有影響?

①負(fù)極材料的影響：負(fù)極材料的各種性質(zhì) ,包括材料種類、電極組成及結(jié)構(gòu)、形態(tài)特別是表面形態(tài)對SEI膜的形成有著至關(guān)重要的影響。研究結(jié)果表明材料的石墨化程度和結(jié)構(gòu)有序性不同 ,所形成SEI膜的各種性質(zhì)也不同;即使對同一種碳材料 ,微粒的表面不同區(qū)域(基礎(chǔ)面和邊緣面) ,所形成的SEI膜也有很大差異。

②電解質(zhì)的影響：一般認(rèn)為作為溶質(zhì)的支持電解質(zhì)鹽比溶劑更易還原,還原產(chǎn)物成為SEI膜的一部分。電解質(zhì)鋰鹽的重要差別在于陰離子種類不同,造成SEI膜的形成電位和化學(xué)組成有差別。用含 Cl、F等元素的無機(jī)鋰鹽作電解質(zhì)時(shí) ,SEI 膜中就會有這些電解質(zhì)的還原物存在。

③溶劑的影響：在PC溶液中，形成的SEI膜不能完全覆蓋表面，電解液很容易在石墨表面反應(yīng)，出現(xiàn)不可逆容量。在純 EC做溶劑時(shí),生成的SEI 膜重要成分是(CH2OCOOLi)2 ,而加入DEC或DMC后,形成的SEI膜的重要成分分別為C2H5COOLi和Li2CO3。顯然,后二者形成的SEI膜更穩(wěn)定。

④溫度的影響：高溫條件會使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。

⑤電流密度的影響：電極表面的反應(yīng)是一個(gè)鈍化膜形成與電荷傳遞的競爭反應(yīng)。由于各種離子的擴(kuò)散速度不同和離子遷移數(shù)不同,所以在不同的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的主體就不相同,膜的組成也不同。

SEI膜的用途有什么?

SEI膜是Li+的優(yōu)良導(dǎo)體，能夠讓鋰離子電池包中的鋰離子在其中進(jìn)行傳輸，進(jìn)入到石墨表面，進(jìn)行脫嵌鋰工作。同時(shí)又是良好的電子絕緣體，能夠有效的降低內(nèi)部的短路概率，改善自放電。更為重要的是，其能有效效防止溶劑分子的共嵌入，防止了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞, 因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。

SEI膜在形成過程中消耗了部分鋰離子，使得首次充放電不可逆容量新增, 降低了電極材料的充放電效率。在循環(huán)過程中，SEI不斷的上升，消耗電解液，會造成容量的加速衰減。

SEI膜具有有機(jī)溶劑不溶性,在有機(jī)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,防止了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞,因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。

在鋰離子電池包中,電池的充放電都是通過鋰離子在負(fù)極嵌脫過程而完成的,由于鋰離子的嵌入過程必然經(jīng)由覆蓋在碳負(fù)極上的SEI膜,因此SEI膜的特性決定了嵌脫鋰以及碳負(fù)極電解液界面穩(wěn)定的動力學(xué),也就決定了整個(gè)電池的性能。