深度剖析锂电池中SEI膜的电化学性能

二次锂电池的核心是以具有锂存储容量的材料为电极，目前生产中普遍采用高嵌脱锂电位的LiC002类材料为正极。低嵌脱锂电位的碳类材料为负极。锂离子电池在最初的充电循环中，在碳负极表面会出现化学／电化学反应过程，分别对应有机电解液的分解和锂离子的嵌入，伴随形成SEI(solid electrolyte interphase)膜．关于SEI膜的结构和组成国内外进行了广泛研究。如Aurbach等人利用现场XRD和PTIR等技术研究了在PC(propylenecarbonate)及EC(ethylene carbonate)电解液中石墨电极表面的SEI膜，在PC溶液中，形成的SEI膜不能完全覆盖表面，电解液很容易在石墨表面反应，产生不可逆容量．Yang等【5】通过FTIR等方法研究了不同电解液中形成的SEI膜，发现在纯EC中，SEI膜的主要成份是(CH20C02Li)2，在DEC中，其主要成份是C2H50C02Li，在EC／DEc(diethyl carbonate)和EC／DMC(dimethyl carbonate)的混合体系中，只有EC发生了分解，DEC和DMC没有分解，因此它们的作用主要是提高了电导率而没有参与SEI膜的形成． Barrow等研究高取向的热解石墨时发现，基部平坦部分比边缘部分的SEI膜要薄，并且平坦部分SEI膜富有机物而边缘部分无机物较多． SEI膜应当是完整致密的钝化膜，能将电解液和碳负极隔开，阻止电解液进一步嵌入碳负极内部，从而维持住碳负极的结构稳定性SEI膜具有离子导电性且阻止电子通过，对锂离子电池的电化学性能如循环寿命、稳定性、自放电性能、安全性等有很大的影响．尽管应用各种图谱分析和表面分析技术对SEI膜的研究使我们对它的结构、组成有了越来越深入的认识，但SEI膜对电池电化学性能的影响方式和影响程度，以及SEI膜与电极材料之间的联系等方面的认识还远不够．本文综合运用电化学方法和电子扫描电镜等测试手段对三类不同碳材料表面形成的SEI膜进行了研究-试图对该方面的机理有更进一步的了解。

实验采用的中间相碳微球(MCMB)来自日本大阪煤气公司，比表面积1．92m2／g，粒径分布D50为9．48肛；多孔碳(Pc)和人造石墨(SG)均来自瑞士TIMICAL公司，比表面积分别为i00和26m2／g，粒径分布Dso为15和13#．按照重量比称取88wt％活性物质，4wt％导电乙炔黑，分散于o 029／mL的PVDF／NMP溶液中，加热搅拌2h，调制成浆料后倒于水平放置的Cu箔上，进行涂布．涂好的极片放入真空烘箱中，在130。C下干燥2h干燥后取出成型压片，压力：MCMB为3MPa，PC和SG为1MPa．极片厚度在00一sop(不包括Cu箔的厚度)．制备好的极片以金属Li为负极作成扣式电池，在手套箱中进行装配(02<1×10～，H20<I×10“)，电解液为LiPF6／EC：DEC(1：1，v01)，充放电制度为o．2mA／cm2，充放电截止电压0—1．5V．文中电化学测试的充电过程对应锂嵌入碳电极，放电过程对应锂脱出碳电极．文中设计的三电极体系以碳电极为工作电极，金属锂为辅助电极和参比电极，电解液组分同上．实验中所用设备：美国Arbin锂离子电池多通道测试仪j英国Solartron 1255B电化学综合测试仪；日本场发射扫描电镜(FESEM，JSM一6700F)