有關鋰離子電池包中SEI膜相關原理，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的持續，另一方面阻礙了鋰離子的進一步消耗，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生反應,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,具有固體電解質的特點,是電子絕緣體卻是Li+的優良導體,Li+可以經過該鈍化層自由地嵌入和脫出,因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質界面膜”(solidelectrolyteinterface),簡稱SEI膜。

SEI膜的組成成分有什么?

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

什么條件關于SEI膜有影響?

①負極材料的影響：負極材料的各種性質,包括材料種類、電極組成及結構、形態特別是表面形態對SEI膜的形成有著至關重要的影響。研究結果表明材料的石墨化程度和結構有序性不同,所形成SEI膜的各種性質也不同;即使對同一種碳材料,微粒的表面不同區域(基礎面和邊緣面),所形成的SEI膜也有很大差異。

②電解質的影響：一般認為作為溶質的支持電解質鹽比溶劑更易還原,還原產物成為SEI膜的一部分。電解質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組成有差別。用含Cl、F等元素的無機鋰鹽作電解質時,SEI膜中就會有這些電解質的還原物存在。

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，出現不可逆容量。在純EC做溶劑時,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膜更穩定。

④溫度的影響：高溫條件會使SEI膜的穩定性下降和電極循環性能變差,這是因為高溫時SEI膜的溶解和溶劑分子的共嵌入加劇,而低溫條件下SEI膜趨于穩定。

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

SEI膜的用途有什么?

SEI膜是Li+的優良導體，能夠讓鋰離子電池包中的鋰離子在其中進行傳輸，進入到石墨表面，進行脫嵌鋰工作。同時又是良好的電子絕緣體，能夠有效的降低內部的短路概率，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膜具有有機溶劑不溶性,在有機電解質溶液中能穩定存在,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極嵌脫過程而完成的,由于鋰離子的嵌入過程必然經由覆蓋在碳負極上的SEI膜,因此SEI膜的特性決定了嵌脫鋰以及碳負極電解液界面穩定的動力學,也就決定了整個電池的性能。