鋰電池SEI膜的形成原理,溫度對鋰電SEI膜的影響

來源：存能電氣  日期：2020-04-21 15:53  瀏覽量：次

鋰電池SEI膜的形成原理，溫度對鋰電SEI膜的影響。SEI膜是鋰電池的重要組成部分，對鋰電池的性能有著重要的影響。SEI膜的產(chǎn)生主要是因為常規(guī)的碳酸酯類溶劑在低電勢的負極表面不穩(wěn)定，發(fā)生還原分解進而在其表面產(chǎn)生一層有機、無機混合的分解產(chǎn)物，這層產(chǎn)物能夠抑制電解液在負極表面的進一步分解從而起到保護的作用。

鋰電池SEI膜的形成原理

鋰電池在電池首次充放電過程中，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”，簡稱SEI膜。

SEI膜的形成過程即電化學反應(yīng)過程，在電壓達到一定值時在負極表面會發(fā)生一系列的物理化學變化，在實際生產(chǎn)中主要是電池化成這一步形成膜的。當鋰電池開始充放電時鋰離子從正極活物質(zhì)中脫出進入電解液穿透隔膜再進入電解液，最后再嵌入負極碳材料的層狀空隙中鋰離子完成一個完整的脫嵌行為，此時電子從正極沿外端回路出來進入負極碳材料中。

鋰電池SEI膜形成機制

⑴在一定的負極電位下，電極/電解液相界面的鋰離子與電解液中的溶劑分子等發(fā)生不可逆反應(yīng)；

⑵不可逆反應(yīng)主要發(fā)生在電池首次充電過程中；

⑶電極表面完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)即停止；

⑷一旦形成穩(wěn)定的SEI膜，充放電過程可多次循環(huán)進行。

溫度對鋰電SEI膜的影響

一般認為高溫條件會使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(wěn)定，研究表明在-20℃時生成SEI膜循環(huán)性能最好，這是因為低溫時形成的SEI膜致密、穩(wěn)定且阻抗較低。

使用及儲存時環(huán)境溫度對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)有關(guān)。100%荷電狀態(tài)下超過45℃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，而電池在荷電狀態(tài)為9%時于70℃儲存后負極表面SEI膜消失。

高溫條件下原來的膜進行結(jié)構(gòu)重整，膜的溶解于重新沉積使新的膜具有多孔結(jié)構(gòu)，從而使得電解液與電極產(chǎn)生進一步接觸并繼續(xù)還原。目前在鋰電池制造商中普遍采用的化成后在30-60之間保溫老化以改善電池的循環(huán)性能和優(yōu)化電池的貯存性能，就是基于在較高溫度下SEI膜的結(jié)構(gòu)重整之說。

以上就是鋰電池SEI膜的形成原理和溫度對鋰電SEI膜的影響。通過在成品電池的生產(chǎn)過程中控制化成工藝的三個工藝參數(shù)來獲得性能優(yōu)良的SEI膜，在電池循環(huán)過程中盡量減少SEI膜的進一步生成，降低電池中鋰總量的消耗，可以提升電池的庫倫效率、循環(huán)壽命及安全性能。