鉅大LARGE | 點擊量：1851次 | 2020年08月07日
SEI 是什么？對鋰離子電池影響這么大！
薄薄的一層膜竟然能起到這么大的用途？固體電解質界面膜的前世今生。
SEI英文全稱是SolidElectrolyteInterphase，也就是大家常說的固體電解質界面膜。
SEI是如何形成的？
鋰離子電池在首次充放電時，電解液中少量極性非質子溶劑在得到部分電子后發生還原反應，與鋰離子結合反應生成一種厚度約100-120nm的界面膜，這個膜就是SEI。SEI通常形成于電極材料與電解液之間的固液相界面。
當鋰離子電池開始充放電時鋰離子從正極活物質中脫出，進入電解液穿透隔膜再進入電解液，最后再嵌入負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，進入負極碳材料中。電子、電解液中溶劑及鋰離子間發生氧化還原反應，溶劑分子接收電子后與鋰離子結合形成SEI并生成H2、CO、CH2=CH2等氣體。隨著SEI厚度增大，直到電子無法穿透，則形成了鈍化層，抑制了氧化還原反應的繼續。
SEI的成分是什么？
SEI厚度約100-120nm，其成分隨電解液成分的不同而不同，一般由Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇鹽和非導電聚合物組成，是多層結構，靠近電解液的一面是多孔的，靠近電極的一面是致密的。
SEI對鋰離子電池的影響？
SEI的用途要從其本身的特點來進行分析，其特點是：①SEI是電極材料與電解液中間的一個界面層，將兩者分隔開來。②具有固體電解質的特點；③Li+可以順利通過（鋰離子優良導體），而電子卻無法通過。
SEI對碳負極鋰離子電池的性能有著重要的影響。
第一、SEI于首次充放電間完成，形成伴隨部分鋰離子的消耗，鋰離子被消耗造成的就是電池不可逆容量的新增，就降低了電極材料的充放電效率；第二、SEI膜具有有機溶劑不溶性，在有機電解質溶液中能穩定存在。部分電解液中有PC存在，PC容易共嵌入負極材料對電極材料造成破壞，而假如能在電解液中添加合適的外加劑促使SEI形成，則能有效防止溶劑分子的共嵌入，防止了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞，因而大大提高了電極的循環性能和使用壽命。第三、SEI允許鋰離子通過而禁止電子通過，一方面保證了搖椅式充放電循環的持續，另一方面阻礙了鋰離子的進一步消耗，提高了電池的使用壽命。
SEI的形成受什么因素的影響？
SEI的形成重要受電解液成（Li鹽、溶劑、外加劑等）、化成（首次充放電）電流大小、溫度等因素的影響。
一、電解液成分的影響。Li鹽、溶劑成分的不同，導致SEI成分各異，其產物的穩定性也就不同。
二、化成電流的影響。化成充電電流較大時，高電位無機成分先形成，其次發生鋰離子的插入，最后才是有機成分的形成。化成電流較小時，SEI膜的有機成分則很快開始形成。
三、鋰離子電池在-20℃下化成形成的SEI致密性很好且具有較低的阻抗，非常有利于電池的使用壽命。過高的溫度會降低SEI的穩定性，影響電池循環壽命。
此外，SEI的厚度還受負極材料種類的影響。
SEI在鋰離子電池熱失控下的反應：
SEI由兩層物質構成，內層重要成分是Li2CO3，而其外層重要成分是烷基碳酸鋰如(CH2OCOLi)2等。當電池內部溫度為80-120℃時，外層逐漸發生分解，放出熱量生成氣體，反應方程式如下。在SEI熱解反應中，其反應溫度和放熱量與鋰鹽種類、溶劑組成、負極活物質及電池循環次數有關。
(CH2OCOLi)2→Li2CO3+CH2=CH2+1/2O2+CO2
Li+(CH2OCOLi)2→2Li2CO3+CH2=CH2
正極有沒有SEI呢？
最新研究表明，在正極電極材料與電解液的固液界面上也有膜形成，膜的厚度比負極SEI膜要薄很多，約為1-2個納米。由于正極材料電勢較高，有機電解液的還原產物很不穩定，而無機產物如LiF則能夠穩定存在，成為正極SEI膜的重要成分。
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