鋰離子電池 SEI膜

2021-08-16 08:09:23 字數 1221 閱讀 9676

鋰離子電池在電池首次從放電過程中,電極材料與電解液在固液相介面上發生反應,形成一層覆蓋於電極材料表面的鈍化層。這種鈍化層是一種介面層,具有固體電解質的特徵,是電子絕緣體卻是鋰離子的優良導體,鋰離子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**」(solid electrolyte inte***ce),簡稱sei膜。

sei膜的效能影響

1. sei膜的形成消耗了部分鋰離子,使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率。

2. 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,並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,避免了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的損壞,因而大大提高了電極的迴圈效能和使用壽命。

sei膜生成與副反應損耗容量區別

1.在多次充放電後,石墨負極的表面往往會形成一層sei膜,阻止電解液與石墨負極之間相互作用。但當溫度公升高時,sei膜會發生分解反應,引起電解質與負極表面發生不可逆反應,導致不可逆容量形成並產生熱量,使溫度進一步上公升。

2.溫度公升高時,溶劑與電解質也會發生反應,放出熱量。

環境溫度對sei膜的影響

使用及儲存溫度對sei膜有很大的影響,從而影響到電池的使用壽命。高溫下sei膜的穩定性不僅受溫度的影響而且還與電池的荷電狀態soc有關。100%soc狀態下超過45度高溫會破壞sei膜的均一性,致使電極阻抗增大,迴圈效能衰減。而電池在soc9%時於70度儲存後,負極表面sei膜消失。

電壓對sei膜的影響

石墨負極體系中,sei膜的形成依賴於電池電壓。電池電壓3.0v時,sei膜開始形成,直到3.8v,這一階段主要生成li2co3;同時還有少量的lif以及ch3oco2li生成,最終到達4.2v時主要就是電解質鹽的分解。所以sei膜最外層的化合物主要為lif。

不同荷電狀態下,sei膜的阻抗也不相同。負極滿電狀態時的sei膜的阻抗高於放電狀態,這是由插鋰及脫鋰過程中負極體積變化造成的。

電池過充時,過量的li+沒有負極材料可供嵌入,那部分li+就會在負極表面還原為金屬鋰析出,從而帶來短路的危險,而且,引起正極活性物質結構發生不可逆變化和電解液分解,產生大量氣體,放出大量熱量,使電池溫度和內壓增加,存在**、燃燒等隱患。電池過放電時,負極表面sei膜中的li+全部脫出,sei膜被破壞。當電池再次充放電迴圈時,重新形成sei膜穩定性和緻密性可能變差,需要li+量較大,由此造成放電容量和充放電效率降低。

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