重要的SEI膜是如何形成的？为什么有些电解液分解产物可以形成稳定的SEI膜？

　锂离子电池是通过锂离子在含锂过渡金属氧化物和贫锂石墨材料之间的嵌入和脱出实现能量的储存和释放。石墨材料之所以能实现在锂离子电池中的应用全靠电解液在石墨表面分解形成的离子可导、电子不导的固体电解质界面（SEI）膜。这层保护膜将还原稳定性远低于嵌锂电位（0.01V）的电解液与石墨电极隔离，从而保证在嵌锂电位下电解液不发生还原分解，使得锂离子在石墨材料中可逆嵌脱。

　　如此重要的SEI膜是如何形成的？为什么有些电解液分解产物可以形成稳定的SEI膜，而有些电解液却会在高于嵌锂的电位下持续发生还原分解，最终导致石墨层结构坍塌？这种界面行为的差异最典型的应该是锂离子电池发展史上众所周知的“碳酸丙烯酯（PC）和碳酸乙烯酯（EC）的差异”。PC在嵌锂电位以先（～0.7V）发生持续的还原分解，最终使得石墨结构坍塌，无法正常嵌脱锂。而EC，其分子结构仅比PC少一个甲基，却在略高于0.7V电位下发生分解形成一层稳定的SEI膜，从而抑制电解液在更低电位的分解，使得锂离子可在石墨材料中正常地嵌入和脱出。

　　在过去的二十余年时间里，有部分的科学家尝试去揭示PC和EC行为差异的原因，但至今没有一种机理模型可以让人完全信服。例如Zhuang等人提出，PC和EC的差异是由于PC在电极表面经历双电子还原，直接生成Li2CO3和丙烯气体，后者导致石墨层结构破坏。而EC则经历单电子还原，形成碳酸酯聚合物。然而，这种机理却无法解释Xu等人在PC和EC还原反应中均检测到单电子还原产物碳酸酯低聚物的实验结果。Tasaki则认为这种差异主要是由于PC在石墨层形成的共嵌物［Li（PC）n］＋结构体积大于石墨层的层间距，从而撑开破坏石墨层。而EC体系形成的共嵌物体积小于石墨层层间距，所以不会导致石墨层的破坏。然而，这种机理无法解释分子体积比PC大的溶剂分子界面行为却与EC相似的实验现象。

　　近日，来自华南师范大学的邢丽丹博士、李伟善教授与美国陆军实验室许康研究员（共同通讯作者）合作，在Acc．Chem．Res．上发表题为“DecipheringtheEthyleneCarbonate？PropyleneCarbonateMysteryinLi－IonBatteries”的研究论文。他们采用量子化学计算和实验方法相结合，详细研究了锂离子电池电解液脱溶剂化过程及其与石墨界面相容性的关系，发现锂盐阴离子PF6－是导致PC与EC界面行为差异的最根本原因。

　　当石墨电极电压下降时（发生嵌锂反应，即电池充电过程），溶剂化的锂离子在电场作用下迁移到石墨负极表面。由于此时锂离子溶剂化层体积远大于石墨层层间距，因此在嵌入以前需要发生脱溶剂化。EC基体系锂离子脱溶剂化层时优先脱去EC分子，形成含PF6－的溶剂化层，PF6－参与随后的还原分解，形成富含LiF的稳定SEI膜。

　　然而，PC基体系的锂离子脱溶剂化层时脱去PC分子和PF6－的概率相当，因此参与还原分解的PF6－含量减少，导致形成的分解产物LiF含量低。他们后续设计一系列的实验证明，LiF含量低是导致PC基电解液分解产物无法形成致密稳定SEI膜的根本原因。对于锂离子电池技术原理不太熟悉的读者来说，18650锂电池和锂聚合物电池估计是听的最多的两个词，不少商家在宣传自家产品的时候都会把聚合物电池夸上天，把18650电池踩落地，太不严谨了。

　　猫腻之一：混淆的电池类型

　　不同类型电池原理基本都是一样的，都有正极、负极以及电解液，目前主流锂电池单节标称电压一般为3.7V，正极材料一般为钴酸锂、镍钴锰酸锂（也叫三元材料）、磷酸铁锂或锰酸锂等，负极材料一般为石墨，电解液一般为六氟磷酸锂溶液。

　　业界通常用锂电池的外形尺寸来标识电池型号，锂电池可以按照不同规则分为多种类型：如电压区分的高压锂电池、标准电压锂电池，放电倍率区分的标准电池（最大1C放电）、倍率电池（大于1C放电），还有按照正极材料区分的纯钴酸锂电池、三元锂电池、锂铁电池（就是某厂忽悠的拥有自主知识产权的铁电池）。

　　被广泛提及的锂离子电池多按外壳封装材质区分，比如以18650为代表的钢外壳封装和以铝外壳封装的早期手机电池。主流的则是铝塑复合膜封装的锂离子电池，我们称之为锂聚合物电池或叫软包装电池。

　　辨别设备所使用电池并不难，18650电池18mm的直径厚度注定了其产品规格厚度必然大于18mm，且长于65mm。不过18650较低的成本决定了其市场占有率，所以希望价廉的可以选择18650，希望轻薄的不妨选择锂聚合物电池。

　　猫腻之二：没有节操的容量标注

　　不知道什么时候开始，很多人总是以大为美，觉得电池容量越高越好，可其实真的有这么大容量的电池么？

　　按照目前普遍标注的总容量，以20000mAh为例，就算使用进口产品也需要5个一起的并联工艺，更别说国产产品的更多串并联了。

　　小巧轻薄还便携，动不动就50000mAh的充电宝，很可能是忽悠人的，更可气的是用产品型号来误导消费者的，如50000M充电宝，买回来才知道，原来50000M是产品型号，而不是充电宝容量。

　　18650电池的串并联组合对于电池本身的一致性有着很高的要求，单一电池若内部出现问题，比如电池组中其中一个电池低电压，那么势必拉低整组电池的电压值并增加内阻，若仍然使用原来的电流电压进行充电极有可能引起电池发热爆炸，铝塑软包装的锂聚合物电池也存在这个情况。

　　只不过相对于钢壳封装的18650锂电来说，锂聚合物电池不会爆炸，但是无可避免地会发生燃烧。所以产品标注的电池容量并不是越大越好。

　　另外，就算是符合容量标注，可事实上可以提供的电量到底会有多少呢？为了更为直观讲解这个猫腻，我们拿应急启动电源的近亲--充电宝说事。

　　电池的容量代表着电池本身可以提供的电量，就跟水池一样，越大的水池存水量越大，充电与放电的过程就好比水池蓄水与放水的过程，必须要有压力差才能形成水流。要给3.7V的电池充电，用3.7V的电压肯定充不了，必然需要更高的电压。

　　市面上标注10000mAh的充电宝内部使用的都是3.7V的标准电压电池，当需要为同样内置3.7V电池的设备充电的时候（目前绝大部分使用锂电池的设备电池均为同样3.7电压），必须升压至5V（USB接口标准电压，USB-C除外），附带上“升压板”的电池在转换时的转换率91%（这还是比较好的电池），实际上充电宝输出所能提供的电量如下公式：

　　C=C1×（3.7÷5）×0.91=10000mAh×0.74×0.91=6734mAh

　　（其中C表示5V有效输出容量，C1表示电池容量）

　　也就是说，标称10000mAh的容量电池的充电宝，在实际使用中充电宝所能提供输出的电量，按照最优计算也只有6700mAh，以后别再被忽悠，良心商家会在产品上标注电池容量的同时标注出有效输出容量（实际可用容量）。

　　猫腻之三：倍率电池的知识盲区

　　锂电池的放电倍率，我们一般用字母‘C’来表示，1C则表示该电池最大放电电流为1倍放电，举例：1个1000mAh的10C锂电池，则表示该电池最大放电电流为10倍，则其最大放电电流为：10×1000mA=10A。

　　一般我们称1C放电的锂电池为标准电池，2C-10C放电的为小倍率电池，超过10C的为高倍率电池。

　　倍率电池与传统标准电池的主要区别在于，制作工艺上的不同，标准电池与小倍率电池多采用极片卷绕的工艺制作，而供应急启动电源使用的高倍率电池其内部极片则是采用叠片的工艺制作，这也间接提供了一个简易的分辨方法，缠绕工艺的电池两边会略厚，平整度稍差，而叠片工艺的倍率电池则相当的平整方正。

　　由于倍率电池是为了满足严苛的大电流放电要求，其采用了更厚的极片、更厚的锂离子隔离膜，相同体积，容量反而会略有减少，不过相对于安全性来说，牺牲的小额容量就不足为道了。

　　作为应急启动电源，其跟充电宝最大的区别在于，应急启动电源是需要瞬间大电流放电，以供车辆启动电机进行点火启动，此时便需要使用“倍率电池”作为动力了，一般较好的大倍率电池使用35C-40C倍率放电，传统标准电池就未必能胜任此工作了，若黑心商家采用标准电池为应急启动电源产品提供电力，寿命估计不会长，瞬间的大电流放电极为容易击穿锂离子隔离膜，轻则使用数次就废，重则当场发热烧毁。

　　猫腻之四：“可有可无”的保护电路

　　在锂离子电池或锂电池组使用过程中，为避免使用者的错误操作而造成电池升温，电池内电解液的分解而产生气体使其内压上升，导致金属锂等的析出而造成有起火及电池破裂的危险，以及过放电使电池特性劣化等各种原因，在锂离子电池回路中匀要采用保护电路。

　　对锂离子充电电池的保护，必须有以下4个保护功能，以保证电池的安全性和可靠性。

　　过充保护，防止电池充电时超过电池的充电限制电压，电池过充，极易导致电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性。

　　过放保护，防止电池放电时超过电池放电限制电压，电池过放，直接导致电池内部电化学性能劣化，轻则影响电池使用寿命，重则电池报废。

　　过电流保护防止MOSFET的破坏，让电池在所能承受的最大充电电流值内安全充电。

　　短路保护，防止因操作不慎，直接将正负极导通，而导致电池的起火爆炸等，确保使用以及搬运时的安全性。

　　所以对于山寨应急启动电源产品那形同虚设的保护电路无异于谋杀，尤其是应急启动电源所使用的倍率电池，保护电路的造假占产品成本3-5%左右，可惜仅从外观上是看不出有否保护电路的，仅能凭商家良心了，所以尽量选购大品牌吧。