梳理关于SEI膜的几个问题:谈电池性能

魏丁小陆
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看资料,遇到负极或者电解液性能的时候,总能看到一个名词组:SEI,说SEI膜的形态特性与变化对电池的容量发挥、功率发挥、循环寿命、高温稳定性能等有至关重要的意义。但是SEI膜是属于微观层面的电池界面问题,显得比较神秘。本着学习的态度,我收集了一些资料,梳理了一下关于SEI膜的几个问题:有什么功能、怎么形成、怎么变化。

SEI有什么功能

SEI膜,全称solid electrolyte interface,固体电解质界面(膜),顾名思义,他就是具有固体电解质性质的钝化膜层。SEI是Li+的优良导体,能够让锂离子在其中进行传输,进入到石墨表面,进行脱嵌锂工作。同时又是良好的电子绝缘体,能够有效的降低内部的短路概率,改善自放电。更为重要的是,这玩意儿能有效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。

但是,SEI在形成过程中消耗了部分锂离子,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。在循环过程中,SEI不断的增长,消耗电解液,会造成容量的加速衰减。

SEI膜增加了界面的锂离子传输阻抗,降低了整个体系的动力学。

SEI膜怎么形成

SEI 膜形成于电池的首次充放电过程中,锂离子与溶剂(EC/DMC)、痕量水、HF等在石墨表面形成的一层钝化膜,一层包含高分子与无机盐的多空层。下面三张图比较清晰的标明了SEI所处的位置。(如图3)

SEI is a very complicated comprising of inorganic components which are normally salt degradation products and organic components which are partial or complete reduction products of solvent。通常,SEI膜的厚度分布从几埃到几百埃,比较难以定义SEI的厚度,因为它有一部分是在电解液里边的。但是通过离子阻抗技术,我们可以大概的判断活性物质和电解液之间的平均SEI厚度。

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对于这些有机/无机组分的构成形态及作用,文献里也提出了各种各样的模型,包括SEI/PEI/SPI/CSL等。不同的模型提出了不同的电化学模拟简化原则,在电化学等效电路中被当做不同的R/C电路。具体可以参见相关的电化学书籍和文献。(好吧,其实是我也看不懂)

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