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介紹鋰離子電池SEI膜形成機制

鉅大LARGE  |  點擊量:1224次  |  2020年12月12日  

鋰離子電池的SEI膜形成機理


1.在一定的負電極電位下,到達電極/電解質液相界面的鋰離子與電解質中的溶劑分子、鋰離子、添加劑甚至雜質分子在電極/電解質液相界面發(fā)生不可逆反應。


鋰離子電池陰極與電解液的反應


2.不可逆反應重要發(fā)生在電池第一次充電時;


3.當電極表面完全被SEI膜覆蓋后,不可逆反應停止


4.一旦一個穩(wěn)定的SEI膜形成,充放電過程可以重復


5.在電池第一次充電時,在Li+插層之前,在碳負極表面形成了致密的Li+可透性SEI膜


雙電子反應:


PC/EC+2e-丙烯/乙烯+CO?平方¯


公司?平方¯+李﹢-李?公司?烷基碳酸鋰單電子的反應:


PC/EC+e→PC+/EC+自由基


2PC/EC-自由基+2李﹢丙烯/乙烯+烷氧基碳酸鋰


烷氧基碳酸鋰+H?O-李?有限公司??++?(CH?哦)


有關SEI膜的Li+傳導機制有兩個假說:


1.光照在液體中到達SEI膜界面,在SEI膜中鋰鹽組分的用途下發(fā)生陽離子交換轉移;


2.液相中的Li+通過SEI膜微孔脫溶并直接遷移到電極體上


SEI膜的形成是碳負極與電解液相互用途的結果,其穩(wěn)定性取決于電極和電解液的性質


1.電極界面性質對SEI膜穩(wěn)定性的影響


2.電解液組成對SEI膜穩(wěn)定性的影響


3.電解液中雜質的影響


4.溫度的影響


5.電流密度的影響


SEI膜并不是一個簡單的電極表面沉積蓋層,膜組件和電極界面的原子或原子團的連接結構,這是SEI組件的實現(xiàn)必要的,以確保穩(wěn)定的碳負極氧化后的弱形式與少量的不規(guī)則界面哦,-羧基酸性組,如容易變成的過程中電極奧利或羧基鋰鹽組,使其穩(wěn)定存在于電極/電解質界面中。氧化石墨可在EC、EMC等電解質中迅速形成穩(wěn)定的SEI膜,從而降低電極的不可逆損耗。


電解質的組成在很大程度上決定了SEI膜的化學組成?;瘜W成分不同,膜的結構和性能必然不同,所以電解質的組成是影響SEI膜性能的關鍵。


一般認為,在高溫條件下,SEI膜的穩(wěn)定性和電極的循環(huán)性能會下降。這是因為高溫條件下加速SEI膜的溶解和co-embedding溶劑分子,而在低溫條件下形成的SEI膜致密、穩(wěn)定和低阻抗,但在低溫條件下形成的SEI膜高溫下容易分解。


由于不同離子的擴散速率和離子遷移數(shù)不同,陰極表面電解質組分的還原和分解實際上是多種反應的結果。因此,不同電流密度下電化學反應的重要形式不同,導致膜的組成不同。結果表明,電流密度對膜的厚度影響不大,但可以顯著改變膜的組成。


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