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SEI膜对锂电极性能的影响

2019-05-30

SEI膜对锂电极性能的影响

锂电极在许多极性非质子溶剂体系中具有明显的稳定性,这是由于在这些电解液中,它们被一层表面膜所钝化的缘故,习惯上人们将其称之为钝化膜或SEI膜(固体电解质相界面膜)。在大多数电解液中,SEI膜主要由一些无机和有机盐组成,它的存在阻止了锂电极和电解液的进一步反应,使锂电极具有明显的稳定性,这就是非水溶剂在一次锂电池中获得成功应用的原因。在金属锂蓄电池中,覆盖在锂电极表面的SEI膜性能直接控制着锂电极的电化学行为,电池的循环寿命强烈地依赖于锂的溶解/沉积过程中的不可逆容量,SEI膜的形成过程在其中起着重要的作用。这主要是由于以下原因造成的:

(1)由金属锂和电解液组分之间的反应造成的腐蚀程度是由其表面SEI膜的钝化性能决定的。

(2)锂的溶解-沉积过程必须通过S0I膜发生,而且锂离子通过SEI膜的迁移是锂沉积-

溶解过程的速率控制步骤,它决定了锂沉积-溶解过程的均匀性,例如SEI膜的结构和组成均匀性越好,锂的沉积过程均匀性也就越好。当锂的沉积过程是均匀的时候,在循环过程中,金属锂就可以大部分避免被腐蚀,这样锂电极就可以获得较好的循环效率。

(3)锂离子能够通过SEI膜发生锂的沉积和溶解过程,但在溶解和沉积过程中,由于主要由离子组分组成的SEI膜很难适应上述过程锂表面形态的变化,因此S部I膜发生破裂,导致了“裸锂”的产生,以及它与电解液的更进一步反应。因此在锂的重复沉积-溶解过程中,锂和电解液组分不断被消耗,导致锂电极循环性能的衰减。

(4)SEI膜的破裂会导致形成一些高活性位,从而加速这些部位锂的沉积和溶解速度,导致锂电极表面电流分配的不均匀性,不均匀性和枝晶的生成导致出现一系列的安全问题。这就是金属锂蓄电池商品化应用遭到失败的主要原因,事实上,锂电极在几乎所有常用电解液体系如醚、烷基碳酸酯中循环效率都很低,以致于很难用在商品化的金属锂蓄电池中。

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