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鋰電池中的SEI膜是什麽?

液態鋰離子電池在首次充放電過程中,電極材料與電解液在固液界面發生反應,形成覆蓋在電極材料表面的鈍化層。該鈍化層是界面層,具有固體電解質的特性。這種鈍化膜簡稱SEI膜,稱為固體電解質界面膜。

SEI膜的形成過程是電化學反應過程。當電壓達到壹定值時,負極表面會發生壹系列的物理化學變化。在實際生產中,該步驟主要通過電池化成來成膜。

擴展數據

鋰枝晶生長是影響鋰離子電池安全性和穩定性的根本問題之壹。在鋰離子電池循環過程中,鋰枝晶的生長會導致電極和電解質之間的界面不穩定,並破壞由此形成的固體電解質界面(SEI)膜。在鋰枝晶的生長過程中,電解質會不斷被消耗,導致金屬鋰不可逆的沈積,形成死鋰,庫侖效率低。

鋰枝晶的形成甚至會刺破隔膜,導致鋰離子電池內部短路,進而導致電池熱失控,導致燃燒爆炸。鋰枝晶的生長機制在學術界仍有爭議。由於鋰離子電池怕水怕氧,常用的表征SEI的技術手段非常有限。

利用各種電子顯微鏡技術來解決這壹問題,對於理解納米尺度下鋰枝晶生長的演化過程非常重要。常規透射電子顯微鏡由於高能粒子的照射,容易造成SEI和電極結構的破壞。

雖然冷凍電鏡可以解決這個問題,但由於使用條件的限制,實驗中無法使用常溫電解液,也無法實現原位觀察。

在前期原位電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)的基礎上,有學者深入研究了鋰離子電池各種負極材料的成膜機理,利用SEI膜成膜電位比金屬鋰沈積電位更準確的特點,設計了兩步實時原位觀察實驗來研究鋰枝晶。

研究人員可以利用EC-AFM實時研究基於碳酸乙烯酯(EC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的SEI膜的生長過程,進而觀察原位鋰枝晶的生長。

通過對這兩種電解液形成的SEI膜的楊氏模量、CV譜和EIS阻抗譜的分析,結合XPS譜分析,研究人員發現FEC電解液形成的SEI膜含有較多的LiF無機鹽。由於LiF具有更好的硬度和穩定性,SEI膜具有更高的強度,可以有效抑制鋰枝晶的生長。

參考數據

百度百科-界面特色

百度百科-氟代碳酸乙烯酯

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