鉅大LARGE | 點擊量：3446次 | 2021年05月07日
鋰電池SEI膜的形成原理,溫度對鋰電SEI膜的影響
鋰離子電池SEI膜的形成原理，溫度對鋰電SEI膜的影響。SEI膜是鋰離子電池的重要組成部分，對鋰離子電池的性能有著重要的影響。SEI膜的出現(xiàn)重要是因為常規(guī)的碳酸酯類溶劑在低電勢的負(fù)極表面不穩(wěn)定，發(fā)生還原分解進(jìn)而在其表面出現(xiàn)一層有機(jī)、無機(jī)混合的分解產(chǎn)物，這層產(chǎn)物能夠抑制電解液在負(fù)極表面的進(jìn)一步分解從而起到保護(hù)的用途。
鋰離子電池SEI膜的形成原理
鋰離子電池在電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層，這種鈍化層是一種界面層具有固體電解質(zhì)的特點，是電子絕緣體卻是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，鋰離子可以經(jīng)過該鈍化層自由地嵌入和脫出，因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質(zhì)界面膜”，簡稱SEI膜。
SEI膜的形成過程即電化學(xué)反應(yīng)過程，在電壓達(dá)到一定值時在負(fù)極表面會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，在實際生產(chǎn)中重要是電池化成這一步形成膜的。當(dāng)鋰離子電池開始充放電時鋰離子從正極活物質(zhì)中脫出進(jìn)入電解液穿透隔膜再進(jìn)入電解液，最后再嵌入負(fù)極碳材料的層狀空隙中鋰離子完成一個完整的脫嵌行為，此時電子從正極沿外端回路出來進(jìn)入負(fù)極碳材料中。
鋰離子電池SEI膜形成機(jī)制
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
⑴在一定的負(fù)極電位下，電極/電解液相界面的鋰離子與電解液中的溶劑分子等發(fā)生不可逆反應(yīng)；
⑵不可逆反應(yīng)重要發(fā)生在電池首次充電過程中；
⑶電極表面完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)即停止；
⑷一旦形成穩(wěn)定的SEI膜，充放電過程可多次循環(huán)進(jìn)行。
溫度對鋰電SEI膜的影響
一般認(rèn)為高溫條件會使SEI膜的穩(wěn)定性下降和電極循環(huán)性能變差，這是因為高溫時SEI膜的溶解和溶劑分子的共嵌入加劇，而低溫條件下SEI膜趨于穩(wěn)定，研究表明在-20℃時生成SEI膜循環(huán)性能最好，這是因為低溫時形成的SEI膜致密、穩(wěn)定且阻抗較低。
使用及儲存時環(huán)境溫度對SEI膜有很大的影響，從而影響到電池的使用壽命，高溫下SEI膜的穩(wěn)定性不僅受溫度的影響而且還與電池的荷電狀態(tài)有關(guān)。100%荷電狀態(tài)下超過45℃高溫會破壞SEI膜的均一性致使電極阻抗增大循環(huán)性能衰減，而電池在荷電狀態(tài)為9%時于70℃儲存后負(fù)極表面SEI膜消失。
高溫條件下原來的膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)重整，膜的溶解于重新沉積使新的膜具有多孔結(jié)構(gòu)，從而使得電解液與電極出現(xiàn)進(jìn)一步接觸并繼續(xù)還原。目前在鋰離子電池制造商中普遍采用的化成后在30-60之間保溫老化以改善電池的循環(huán)性能和優(yōu)化電池的貯存性能，就是基于在較高溫度下SEI膜的結(jié)構(gòu)重整之說。
以上就是鋰離子電池SEI膜的形成原理和溫度對鋰電SEI膜的影響。通過在成品電池的生產(chǎn)過程中控制化成工藝的三個工藝參數(shù)來獲得性能優(yōu)良的SEI膜，在電池循環(huán)過程中盡量減少SEI膜的進(jìn)一步生成，降低電池中鋰總量的消耗，可以提升電池的庫倫效率、循環(huán)壽命及安全性能。
