鋰離子電池相關(guān)介紹——SEI膜的影響

本文主要來源為學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》學(xué)習(xí)筆記

1、添加劑

為了抑制電解液與電極片之間的不可逆氧化還原反應(yīng)，提高電解液與電極片材料界面的穩(wěn)定性。在電解液溶劑和鋰鹽的基礎(chǔ)上，需添加少量非儲能材料，可針對性提升鋰離子電池某方面的性能，這類材料統(tǒng)稱為添加劑。

添加劑在電解液中的質(zhì)量分數(shù)通常小于10%，可明顯提升電池電化學(xué)性能，具有用量小、見效快等特征。近些年，添加劑是鋰離子電池性能優(yōu)化的一個研究方向。

添加劑既可以是有機物， 也可以是無機鹽，部分溶劑或鋰鹽（溶劑和鋰鹽是鋰離子電池電解液的主要組成成分）本身也可以作為添加劑。 如二草酸硼酸鋰本身是一種鋰鹽，已有的研究發(fā)現(xiàn)，二草酸硼酸鋰作為一種成膜的添加劑，對改善鋰離子電池壽命有較大的幫助。

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

根據(jù)對鋰離子電池性能改善的功能分類，添加劑可分類為成膜添加劑、阻燃添加劑、防過充添加劑、多功能添加劑等。其中成膜添加劑是研究廣泛的添加劑。

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》 成膜添加劑也被稱為SEI成膜添加劑，作用是在正極或負極表面形成或優(yōu)化SEI膜（鋰離子可通過，電子不可通過的膜），實現(xiàn)電極片與電解液更好的兼容性，優(yōu)化鋰離子電池的電化學(xué)性能。

2、SEI膜

2.1 SEI膜的影響

對于SEI膜的研究，最早集中于碳基負極表面的鈍化膜。在碳基負極首次充放電過程中，存在不可逆的容量損失。其中，大多數(shù)的不可逆容量損失是由于正極的鋰離子在碳基材料表面沉積形成的SEI膜。

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

雖然SEI膜增大了極片與電解液界面的電化學(xué)阻抗，但SEI膜可以阻隔電解液中的溶劑同負極片的直接接觸，可以阻止電解液溶劑在負極表面進一步發(fā)生反應(yīng)，提高了鋰離子電池的循環(huán)壽命。

因此，首次充電在碳基負極界面形成完善致密的SEI膜，有利于提升鋰離子電池的電化學(xué)性能。

2.2 理想SEI膜的特征

（1）負極完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)停止。

（2）SEI膜不溶于電解液溶劑且溶劑分子不容易穿過。

（3）SEI膜具有高的離子電導(dǎo)率，但對電子絕緣。

（4）具有均勻形貌與化學(xué)組成，保證電流與電場分布均勻。

（5）在負極表面具有較好的粘附性。

（6）具有較好的機械強度和彈性。充放電過程中，鋰離子穿過不發(fā)生破壞。

2.3 SEI膜的構(gòu)成

關(guān)于SEI膜的構(gòu)成，具有多種模型與假設(shè)，其中比較經(jīng)典的是Peled等人的模型：將SEI膜看作多種微粒的混合狀態(tài)。

Peled等人認為靠近負極片形成的SEI膜主要為無機鹽，如氧化鋰（Li2O）、氟化鋰（LiF）、碳酸鋰（Li2CO3）等。遠離負極片形成部分含有鋰的有機聚合物。

Polyolefins中文譯為聚烯烴；Semicarbonates暫未找到可能的準確翻譯，百度翻譯譯為半碳酸鹽。圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

3、添加劑舉例

氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亞乙烯酯（VC）是比較成熟的成膜添加劑。氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯所生成的SEI膜成分沒有太大區(qū)別，均含有氟化鋰、碳酸鋰等物質(zhì)。

但氟代碳酸乙烯酯所生成的SEI膜氟化鋰含量高于碳酸亞乙烯酯所生成的SEI膜氟化鋰含量。

編輯：黃飛