锂电池SEI膜的形成原理,温度对锂电SEI膜的影响

来源：存能电气  日期：2020-04-21 15:53  浏览量：次

锂电池SEI膜的形成原理，温度对锂电SEI膜的影响。SEI膜是锂电池的重要组成部分，对锂电池的性能有着重要的影响。SEI膜的产生主要是因为常规的碳酸酯类溶剂在低电势的负极表面不稳定，发生还原分解进而在其表面产生一层有机、无机混合的分解产物，这层产物能够抑制电解液在负极表面的进一步分解从而起到保护的作用。

锂电池SEI膜的形成原理

锂电池在电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，这种钝化层是一种界面层具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是锂离子的优良导体，锂离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”，简称SEI膜。

SEI膜的形成过程即电化学反应过程，在电压达到一定值时在负极表面会发生一系列的物理化学变化，在实际生产中主要是电池化成这一步形成膜的。当锂电池开始充放电时锂离子从正极活物质中脱出进入电解液穿透隔膜再进入电解液，最后再嵌入负极碳材料的层状空隙中锂离子完成一个完整的脱嵌行为，此时电子从正极沿外端回路出来进入负极碳材料中。

锂电池SEI膜形成机制

⑴在一定的负极电位下，电极/电解液相界面的锂离子与电解液中的溶剂分子等发生不可逆反应；

⑵不可逆反应主要发生在电池首次充电过程中；

⑶电极表面完全被SEI膜覆盖后，不可逆反应即停止；

⑷一旦形成稳定的SEI膜，充放电过程可多次循环进行。

温度对锂电SEI膜的影响

一般认为高温条件会使SEI膜的稳定性下降和电极循环性能变差，这是因为高温时SEI膜的溶解和溶剂分子的共嵌入加剧，而低温条件下SEI膜趋于稳定，研究表明在-20℃时生成SEI膜循环性能最好，这是因为低温时形成的SEI膜致密、稳定且阻抗较低。

使用及储存时环境温度对SEI膜有很大的影响，从而影响到电池的使用寿命，高温下SEI膜的稳定性不仅受温度的影响而且还与电池的荷电状态有关。100%荷电状态下超过45℃高温会破坏SEI膜的均一性致使电极阻抗增大循环性能衰减，而电池在荷电状态为9%时于70℃储存后负极表面SEI膜消失。

高温条件下原来的膜进行结构重整，膜的溶解于重新沉积使新的膜具有多孔结构，从而使得电解液与电极产生进一步接触并继续还原。目前在锂电池制造商中普遍采用的化成后在30-60之间保温老化以改善电池的循环性能和优化电池的贮存性能，就是基于在较高温度下SEI膜的结构重整之说。

以上就是锂电池SEI膜的形成原理和温度对锂电SEI膜的影响。通过在成品电池的生产过程中控制化成工艺的三个工艺参数来获得性能优良的SEI膜，在电池循环过程中尽量减少SEI膜的进一步生成，降低电池中锂总量的消耗，可以提升电池的库伦效率、循环寿命及安全性能。