锂电池SEI膜近年原文.docVIP

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锂电池SEI膜(总2页)

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SEI膜的形成：

在锂电池首次循环时由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应，所以会形成一层SEI膜。作用如下：

第一，SEI膜对负极材料会产生保护作用，使材料结构不容易崩塌，增加电极材料的循环寿命。

第二，SEI膜在产生过程中会消耗一部分锂离子，而负极反应过程其实就是一个在碳的层间结构中锂离子嵌入与脱出的一个过程。所以SEI膜的形成是会降低负极首次循环效率的。

第三，SEI膜并不只是在负极表面会产出，在正极表面也会产生，只不过影响比较小，我这里就不再另做解释了。

另外，首次循环效率是负极材料一个很重要的性能指标，首次效率越高越好。通过对负极材料包覆、球化、表面改性等方式，可以大大增加首次循环效率和循环寿命。

负极SEI膜

负极表面的SEI膜大致可以认为是电解液的有机溶剂被还原分解所得到的不溶性产物附着在电极表面的结果，不同的负极材料会有一定的差别，但大致认为是有：碳酸锂，烷基酯锂，氢氧化锂等组成，当然也有盐的分解产物，另外还有一些聚合物等。

一般认为对于金属锂，负极在首次嵌锂时形成SEI膜，形成电压为1.5V开始（相对于金属锂），在0.8V附近大量形成，到0.2V左右基本完成。

另外研究表明，首次嵌锂时为SEI膜形成的主要步骤，后序5周内都有SEI膜的形成过程，但量很少。此外SEI膜并非一成不变，在充放电过程中会有少许的变化，主要是部分有机物会发生可逆的变化。此外不同的电流密度，不同的电极表面所形成的SEI膜的组成少有差别。

正极SEI膜正极表面的SEI膜少，以前关注很少，目前好像关注度在上升。有一种观点认为是电解液的氧化产物沉积的结果，另一种观点是由于负极表面的SEI膜部分溶解后在正极表面沉积的结果。相对来说，电解液在正极表面氧化沉积的证据不多，当然也不排除是由于量少而目前的仪器精度无法达到的情况。

影响SEI膜的因素：

负极材料的影响:材料的石墨化程度和结构有序性不同，所构成的SEI膜的各种性质也不同，即使对同一种碳材料，微粒的表面不同区域（基础面和边缘面）,所形成的SEI膜也有很大的差异。研究结果表明，热解碳形成的SEI层较厚，而高定向热解石墨（HOPG）上形成的SEI膜较薄。负极SEI膜的热稳定性是由碳电极的类型决定的。

电解质的影响：

溶剂的影响：

温度的影响：一般认为，高温条件会使SEI膜的稳定性下降和电极循环性能变差，这是因为高温时SEI膜的溶解和溶剂分子的共嵌入加剧，而低温条件下SEI膜趋于稳定。研究表明，在-20℃时生成SEI膜循环性能最好，这是因为低温时形成的SEI膜致密，稳定，并且阻抗较低。

电流密度的影响：电流密度对膜的厚度影响不大，却使得膜的组成截然不同。SEI总结：膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率；另一方面,SEI膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。