锂离子电池SEI膜形成过程

所谓的SEI膜是指锂离子电池在首次充放电时,电解液中少量极性非质子溶剂在得到部分电子后发生还原反应,与锂离子结合反应生成一种厚度约100-120nm的界面膜。下面主要介绍SEI膜的具体形成过程:

1、电子由集流体-导电剂-石墨颗粒内部传递到待形成SEI膜的A点。
到达A点的电子数量,取决于化成电流以及电流在电极间分布均匀性。一般,化成电流越大,通过a点的电流越大;当极片间不平整时,越靠近a点,电流越大;电极a点电流增大时,通过a点处活性物质的电流将更大,即单位时间内到达A点的电子数将增多,因此使A点处发生的成膜反应。

锂电池图片

2、溶剂化锂离子在溶剂的包裹下,从正极扩散至SEI膜表层的B点。
在电解液成分不变的情况下,升高温度,电解液粘度降低,成膜剂、溶剂化锂离子在电解液中传输阻力将降低;温度升高时,电解液的电导率将提高,能使单位时间内有更多的成膜剂及溶剂化锂离子到达B点,并影响B点的成膜反应过程。

3、A点电子通过电子隧道效应扩散至B点的速度,与SEI膜的结构及组成有关。
SEI膜越致密、有机组份比例越高,阻隔电子的效应越强,电子穿过相同距离的阻力越大,形成的SEI膜厚度越小,不可逆反应的总量越低,锂电池的首次效率越高。

4、跃迁至B点的电子与锂盐、溶剂化锂离子、成膜剂等反应,在原有SEI膜表层继续生成新膜,使得石墨颗粒表层SEI膜厚度增加,最终形成完整的SEI膜。此次过程即自由碰撞、结合反应过程,温度越高,分子运动越快,发生碰撞的概率越高,反应速度越高,阻力越小。

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