SEI膜對鋰電極性能的影響
鋰電池的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)在(zai)(zai)許多極(ji)性(xing)非質子溶(rong)(rong)劑體系中具有明顯的(de)(de)穩定性(xing),這(zhe)是(shi)由于(yu)在(zai)(zai)這(zhe)些電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液中,它(ta)們被(bei)一(yi)(yi)(yi)層表(biao)面膜所鈍化的(de)(de)緣故,習慣上(shang)人們將(jiang)其稱之為(wei)鈍化膜或SEI膜(固體電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)質相界(jie)面膜)。在(zai)(zai)大多數(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液中,SEI膜主要由一(yi)(yi)(yi)些無(wu)機和(he)有機鹽組成(cheng),它(ta)的(de)(de)存在(zai)(zai)阻止了鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液的(de)(de)進(jin)一(yi)(yi)(yi)步(bu)反應,使鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)具有明顯的(de)(de)穩定性(xing),這(zhe)就(jiu)是(shi)非水溶(rong)(rong)劑在(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)次(ci)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中獲得(de)成(cheng)功應用的(de)(de)原因(yin)。在(zai)(zai)金屬鋰(li)(li)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中,覆蓋在(zai)(zai)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)表(biao)面的(de)(de)SEI膜性(xing)能直接(jie)控制著鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學行(xing)為(wei),電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)循環壽命強烈地(di)依賴(lai)于(yu)鋰(li)(li)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)/沉積過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)不可逆容量,SEI膜的(de)(de)形(xing)成(cheng)過程(cheng)(cheng)在(zai)(zai)其中起著重要的(de)(de)作用。這(zhe)主要是(shi)由于(yu)以下(xia)原因(yin)造成(cheng)的(de)(de):


(1)由(you)金屬鋰和電解液組(zu)分之間的反應造(zao)成的腐蝕程度是由(you)其表面SEI膜的鈍化性能決定的。
(2)鋰(li)(li)的溶(rong)解-沉(chen)積過程必(bi)須通(tong)過S0I膜發生,而(er)且鋰(li)(li)離子通(tong)過SEI膜的遷移是鋰(li)(li)沉(chen)積-
溶(rong)解過(guo)程(cheng)的(de)速率控(kong)制(zhi)步驟(zou),它決定(ding)了(le)鋰沉積(ji)-溶(rong)解過(guo)程(cheng)的(de)均(jun)勻性,例如SEI膜的(de)結構和組成均(jun)勻性越好,鋰的(de)沉積(ji)過(guo)程(cheng)均(jun)勻性也(ye)就(jiu)越好。當鋰的(de)沉積(ji)過(guo)程(cheng)是均(jun)勻的(de)時候,在循(xun)環過(guo)程(cheng)中,金屬鋰就(jiu)可以大部分避免被腐(fu)蝕,這樣(yang)鋰電(dian)極就(jiu)可以獲得較好的(de)循(xun)環效率。
(3)鋰(li)(li)離子能夠通過(guo)SEI膜(mo)(mo)發生鋰(li)(li)的(de)沉積和溶(rong)解(jie)(jie)過(guo)程(cheng),但(dan)在溶(rong)解(jie)(jie)和沉積過(guo)程(cheng)中,由于主要由離子組分組成(cheng)的(de)SEI膜(mo)(mo)很難(nan)適應上述過(guo)程(cheng)鋰(li)(li)表面形態的(de)變化,因此(ci)(ci)S部(bu)I膜(mo)(mo)發生破裂,導致(zhi)了(le)“裸鋰(li)(li)”的(de)產生,以及它與(yu)電解(jie)(jie)液的(de)更進一(yi)步反應。因此(ci)(ci)在鋰(li)(li)的(de)重復(fu)沉積-溶(rong)解(jie)(jie)過(guo)程(cheng)中,鋰(li)(li)和電解(jie)(jie)液組分不斷(duan)被(bei)消耗,導致(zhi)鋰(li)(li)電極循環(huan)性能的(de)衰減。
(4)SEI膜的(de)破裂會(hui)導(dao)致(zhi)形成一些高活性位(wei),從而加速這(zhe)些部位(wei)鋰(li)的(de)沉積和溶解速度,導(dao)致(zhi)鋰(li)電(dian)極表面電(dian)流分配的(de)不均勻性,不均勻性和枝晶(jing)的(de)生成導(dao)致(zhi)出現(xian)一系列的(de)安全問題。這(zhe)就是(shi)金屬(shu)鋰(li)蓄電(dian)池(chi)商品化(hua)應用遭到失敗的(de)主(zhu)要原(yuan)因,事實上,鋰(li)電(dian)極在幾乎所(suo)有常用電(dian)解液(ye)體系如(ru)醚、烷基碳酸酯(zhi)中循環效率都很(hen)低(di),以致(zhi)于很(hen)難用在商品化(hua)的(de)金屬(shu)鋰(li)蓄電(dian)池(chi)中。





