锂电池的电极SEI膜是如何形成的?
来源：宝鄂实业
2019-11-17 21:13
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锂电池的电极SEI膜是如何形成的?
SEI膜的形成过程主要分为两种情况:(1)锂电极表面覆盖原始钝化膜;(2)表面无原钝化膜的裸锂。
电极SEI膜形成图
锂电极表面通常覆盖一层原始钝化膜。光谱学研究表明，原锂表面薄膜为双层结构，外层主要由li-0h-li2c03构成，内层主要由Li20构成。该表面膜在有机电解质中具有一定的稳定性。
锂电极与有机电解液接触时，锂电极表面原膜的Li20(内层)、LiOH和Li2003(外层)与亲电溶剂分子如醚、碳酸烷基等发生亲核反应，部分溶解在电解液中。
然后原始组件部分或全部表面膜的金属锂,取而代之的是电解液的反应产物组成,金属锂表面附近的界面膜组件继续反应,SEI膜锂附近的内部形成一层低氧化态组件,和外膜的表面沉积是一个动态的过程,形成一些高氧化态组件,同时由于某些组分的表面溶解而产生多孔结构。在循环过程中，锂的溶解加速了锂表面原有薄膜的破裂，导致金属锂与电解液发生剧烈反应。
由于金属锂具有很强的化学反应性，在电解液中往往就地制备表面无原始钝化膜的“裸锂”。当一个新的制备锂电极表面钝化层会暴露在有机电解质,电解质肆意的所有组件和锂电极发生还原反应,当一些减少产品锂电极表面上,他们会阻碍这一过程,以便进一步反应将通过电子转移的情况下更有选择性,因此进一步降低电解质组件将会有很高的选择性,导致SEI膜形成的锂电极表面具有多层结构。
通过上述工艺在锂电极表面形成的SEI膜，在后续的存储过程中，其结构和成分会发生进一步的变化，包括锂表面附近的表面成分减少和水的扩散，使SEI膜成分水合物化。最后这个过程几乎是不可避免的,甚至在水里只包含10 5也可以发生在电解液,这是由于电解液的常用锂电极表面钝化组件是高吸湿,水可以从电解液渗透SEI膜,水化的成分,导致锂电极循环性能的衰减。水也扩散到锂的表面并与锂直接反应。
不管怎样在不同的电解质,锂电极表面表面的不同反应,反应溶剂,锂盐、杂质(h2o, H,等等),和电解液的反应产物的溶解性,它的形成过程是由溶剂、锂盐和杂质之间的微妙的平衡决定的还原过程,初步形成SEI膜锂电极表面通常经历衰老过程,并逐渐改变其结构和性能，SEI膜的多相化学结构导致锂沉积的不均匀性，且(或)在沉积锂时被SEI立即有效钝化，锂循环效率高。同时,可以看出SEI膜组件不容易吸收水分,如Li2C03和生活,更好的组件有效地使钝化活跃锂电极,所以存在Q02或少量的高频的有机电解液可以显著提高锂电极的性能。
