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锂离子电池SEI膜形成机理

奥门免费资料大全2022-08-08

锂离子电池

锂离子电池SEI膜的形成是碳负极与电解质相互作用的结果,其稳定性取决于电极和电解质的性质。SEI薄膜并不是简单地沉积在电极表面,而是膜组分在结构上与电极界面上的原子或基团有关,这是实现SEI薄膜组分的稳定性所必需的,以保证碳负极弱氧化后形成的不规则界面中含有少量的-OH、-COOH等酸性基团。在电极过程中,易转变为-OLi或羧基锂盐基团,使其稳定存在于电极/电解质界面上。氧化石墨在EC、EMC等电解质中可以快速形成稳定的SEI膜,从而减少电极的不可逆损耗。

电解质的组成在很大程度上决定了锂离子电池SEI膜的化学组成。不同的化学成分,膜的结构和性能必然不同,因此电解液的组成是影响SEI膜性能的关键。一般认为SEI薄膜的稳定性和电极的循环性能在高温下会下降。这是一个由于高温条件加速了SEI膜的溶解和溶剂分子的嵌入,低温条件下形成的SEI膜致密、稳定、阻抗低,而低温条件下形成的SEI膜在高温下容易分解。由于不同离子的扩散速度和迁移次数不同,电解液成分在碳负极表面的还原和分解实际上是各种反应竞争的结果。因此,不同电流密度下电化学反应的主要形式不同,导致膜组成不同。

锂离子电池SEI膜形成机理:

1、到达电极/电解质界面的锂离子会与电解质中的溶剂分子、锂阴离子、添加剂甚至杂质分子发生不可逆的反应。

2、不可逆反应主要发生在电池次充电过程中,当电极表面被SEI膜完全覆盖时,不可逆反应停止。

3、一旦形成稳定的SEI膜,就可以重复充放电过程。

4、在电池次充电过程中,碳负极表面先于Li+插层,建立了完善的、致密的、可Li+导电的SEI膜。


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