锂离子电池SEI膜是什么?锂电池SEI膜对电池性能的影响

来源：3499拉斯维加斯  日期：2019-11-01 10:25  浏览量：次

　　锂离子电池SEI膜是什么?锂电池SEI膜对电池性能的影响。众所周知，锂离子电池在许多极性非质子溶剂体系中具有明显的稳定性，这是由于在这些电解液中它们被一层表面所钝化的缘故，人们称之为SEI膜。电池的循环寿命强烈地依赖于锂的溶解/沉积过程中不可逆容量，SEI膜的形成在其中起着重要的作用。

　　锂离子电池SEI膜是什么

　　在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体Li+的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”简称SEI膜。

　　成膜机理：SEI膜的形成过程，即电化学反应过程。在电压达到一定值时，在负极表面会发生一系列的物理化学变化。在实际生产中，主要是电池化成这一步形成膜的，SEI膜主要由烷基脂锂、碳酸锂等组成，它具有多层结构，靠近电解液的一端较为致密，该膜在电极和电解液中间充当中间相，具有固体电解质的性质，且只允许锂离子自由通过，而对电子绝缘。

　　锂离子电池SEI膜的特性

　　SEI膜阻抗、对电极钝化效果、锂离子反复脱嵌过程中自身的柔韧性、锂离子电池扩散速率，而这些特性最终决定了锂离子脱嵌过程动力学以及电极/电解液界面的稳定性，从而决定了电池的循环寿命、自放电等性能。

　　SEI膜是由电解液分解产物组成的，因而电解液的组分很大程度上决定了SEI膜的特性，好的成膜溶剂和成膜添加剂不仅能在首圈循环中支持SEI膜的形成过程，同时也要减缓循环过程中SEI膜的老化过程。除此之外，负极材料的表面状态、充放电机制也会影响SEI膜的性能。

　　SEI膜的结构由两层或两层以上的不同成分的物质组成。其中，第一层物质接近负极材料，较致密，由LizolB3-3]、LizCOg/3637]、LiOH38]、LiFI9]等无机产物组成;第二层物质附在第一层上面，由较疏松或多孔结构的烷氧碳酸锂和聚合物等有机化合物组成。

　　锂电池SEI膜对电池性能的影响

　　SEI的作用要从其本身的特征来进行分析，其特点是：①SEI是电极材料与电解液中间的一个界面层，将两者分隔开来。②具有固体电解质的特征；③Li+可以顺利通过，而电子却无法通过。

　　1、有金属锂和电解液组分之间的反应造成的腐蚀程度是由其表面SEI膜的钝化性能决定的。

　　2、锂的溶解-沉积过程中必须通过SEI膜发生，而且锂离子通过SEI膜迁移是锂沉积-溶解过程的速率控制步骤，它决定了锂沉积-溶解过程的均匀性。当锂的沉积是均匀的时候，在循环过程中，金属锂就可以大部分避免腐蚀，这样锂电极就可以获得较好的循环效率。

　　3、锂离子能够通过SEI膜发生锂的沉积和溶解过程，但在溶解和沉积过程中，由于主要由离子组分组成的SEI膜很难适应上述过程锂表面形态的变化，因此SEI膜发生破裂，导致了“裸锂”的产生，以及它的电解液的更进一步反应，因此在锂的重复沉积-溶剂热过程中，锂和电解液组分不断被消耗，导致锂电极循环性能衰减。

　　4、SEI膜的破裂会导致形成一些高活性位，从而加速这些部位锂的沉积和溶剂速度，导致锂电极表面电流分配的不均匀性，不均匀性和枝晶的生成导致出现一系列的安全问题，这就是金属锂蓄电池商品化应用遭到失败的主要原因。

　　许多电极/电解质界面反应决定了锂离子电池性能，SEI膜对锂离子电池的不可逆容量、循环性能、嵌锂稳定性和动力学性质等都有重要影响，而SEI膜的组成和性能等主要受电解液组成的影响。