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鋰離子電池SEI膜的形成原理,溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年04月26日  

鋰離子電池SEI膜的形成原理,溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響。SEI膜是鋰離子電池的重要組成部分,對(duì)鋰離子電池的性能有著重要的影響。SEI膜的出現(xiàn)重要是因?yàn)槌R?guī)的碳酸酯類(lèi)溶劑在低電勢(shì)的負(fù)極表面不穩(wěn)定,發(fā)生還原分解進(jìn)而在其表面出現(xiàn)一層有機(jī)、無(wú)機(jī)混合的分解產(chǎn)物,這層產(chǎn)物能夠抑制電解液在負(fù)極表面的進(jìn)一步分解從而起到保護(hù)的用途。


鋰離子電池SEI膜的形成原理


鋰離子電池在電池首次充放電過(guò)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)的特點(diǎn),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(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出,因此這層鈍化膜被稱(chēng)為“固體電解質(zhì)界面膜”,簡(jiǎn)稱(chēng)SEI膜。


SEI膜的形成過(guò)程即電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,在電壓達(dá)到一定值時(shí)在負(fù)極表面會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,在實(shí)際生產(chǎn)中重要是電池化成這一步形成膜的。當(dāng)鋰離子電池開(kāi)始充放電時(shí)鋰離子從正極活物質(zhì)中脫出進(jìn)入電解液穿透隔膜再進(jìn)入電解液,最后再嵌入負(fù)極碳材料的層狀空隙中鋰離子完成一個(gè)完整的脫嵌行為,此時(shí)電子從正極沿外端回路出來(lái)進(jìn)入負(fù)極碳材料中。


鋰離子電池SEI膜形成機(jī)制


⑴在一定的負(fù)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)重要發(fā)生在電池首次充電過(guò)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(guò)程可多次循環(huán)進(jìn)行。


溫度對(duì)鋰電SEI膜的影響


一般認(rèn)為高溫條件會(huì)使SEI膜的穩(wěn)定性下降和電極循環(huán)性能變差,這是因?yàn)楦邷貢r(shí)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(shí)生成SEI膜循環(huán)性能最好,這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)形成的SEI膜致密、穩(wěn)定且阻抗較低。


使用及儲(chǔ)存時(shí)環(huán)境溫度對(duì)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(guò)45℃高溫會(huì)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(shí)于70℃儲(chǔ)存后負(fù)極表面SEI膜消失。


高溫條件下原來(lái)的膜進(jìn)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出現(xiàn)進(jìn)一步接觸并繼續(xù)還原。目前在鋰離子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(shuō)。


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


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