《储能材料与器件分析测试技术》课件-SEI膜

SEI膜认知01SEI膜简介02SEI膜的形成03SEI膜的特点及其对电池性能的影响04SEI膜的两种典型模型05SEI膜的影响因素01SEI膜简介一、SEI膜简介SEI膜（SolidElectrolyteInterface，固体电解质界面膜）是锂离子电池在首次循环过程中，电极材料与电解液在固-液相界面上发生一系列反应后，在电极材料表面形成的一层多组分钝化层。Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，对于电池的性能、寿命和安全性具有重要影响。02SEI膜的形成二、SEI膜的形成SEI膜的形成过程，即电化学反应过程。电解液在电场作用下在负极表面发生不可逆的电化学反应。在实际生产中，SEI膜的形成主要是在电池化成工序，其成分主要由烷基脂锂、碳酸锂等组成。电解液在电场作用下在负极表面发生不可逆的电化学反应。例：电解液成分：碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（EDC）、LiPF6、痕量水（H2O）。二、SEI膜的形成2EC+2e-+2Li+→

(CH2OCO2Li)2↓+CH2=CH2↑EC+2e-+2Li+→

LiCH2CH2OCO2Li↓DMC+e-+

Li+→

CH3·+CH3OCO2Li↓+And/orCH3OLi↓+CH3OCO·traceH2O+e-+Li+

→

LiOH↓+1/2H2LiOH+e-+Li+

→

Li2O↓+1/2H2H2O+(CH2OCO2Li)2→

Li2CO3↓+CO2CO2+2e-+Li+

→

Li2CO3↓+COLiPF6+H2O→

LiF+2HF+PF3OPF6-+ne-+nLi+

→

LiF↓+LixPFy↓PF3O+ne-+nLi+

→

LiF↓+LixPOFy↓HF+(CH2OCO2Li)2↓,LiCO3↓

→

LiF↓+(CH2COCO2H)2,H2CO3(sol.)二、SEI膜的形成开始形成SEI膜SEI膜持续生长SEI膜生长完整图1SEI膜马赛克模型电子传递

溶剂化Li+的扩散电子隧道效应化学反应与SEI膜生成注意：在整个化成的过程中，内层的无机物层会持续增长，并保持了一个粗糙的界面，同时外层的有机物层则保持了多孔的结构特点。03SEI膜的特点及其对电池性能的影响三、SEI膜的特点及其对电池性能的影响SEI膜的特点01提高循环性能和使用寿命02SEI膜形成消耗部分锂离子，使首次充放电不可逆容量增加03电子绝缘体、离子导体04阻止溶剂分子共嵌入，避免了溶剂共嵌入对电极材料造成破坏05具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在三、SEI膜的特点及其对电池性能的影响SEI膜对电池性能的影响不可逆容量增加；产生自放电；在高/低温时性能下降；致电池内部温度升高，使电池存在安全隐患；SEI膜对石墨表面的钝化可使活性物质表面具有良好的动力稳定性，同时可确保电池良好的循环性能；SEI膜的组成、结构、致密性与稳定性主要是由电极和电解液的性质决定，同时也受到温度、循环次数以及充放电电流密度的影响。04SEI膜的两种典型模型四、SEI膜的两种典型模型马赛克模型SEI膜的模型有很多种，目前最被接受的是马赛克模型，其特点如下：01双层结构内层：主要由致密的无机化合物构成，通常具有较高的离子导电性，但电子导电性较差。外层：主要由较为松散的有机化合物构成，该层提供了良好的机械稳定性和对电解液的润湿性，有助于维持SEI的稳定性和完整性。四、SEI膜的两种典型模型马赛克模型SEI膜的模型有很多种，目前最被接受的是马赛克模型，其特点如下：02微相镶嵌马赛克模型假设SEI不是简单的双层结构，而是由多个不同化学组成和物理性质的微相（或称为“马赛克块”）镶嵌组装而成。这些微相在纳米尺度上相互交错，形成了复杂的界面结构。图2SEI膜马赛克模型四、SEI膜的两种典型模型当生成完整的SEI膜后，认为负极的充电过程在微观层面上可以分为如下四个连续的步骤。溶剂化Li+在电解液中的扩散；Li+通过打破溶剂化壳层进行脱溶；Li+在SEI膜上的扩散；Li+在负极材料中的扩散，伴随着电子的转移和负极材料晶格的重排。四、SEI膜的两种典型模型双层模型图3SEI膜双层模型该模型认为SEI膜由两层结构组成：靠近电极表面的是一层致密的无机物，而松散的有机物则分布在外层。05SEI膜的影响因素五、SEI膜的影响因素电解液及溶剂的影响在PC溶剂体系中，形成的SEI膜不能完全覆盖表面，PC与Li+容易共嵌入石墨层中，从而造成结构坍塌。电解液添加剂的种类和浓度可以调节电解液的性质和SEI膜的形成。在电解液中添加活性较强的物质来提升SEI膜的性能。五、SEI膜的影响因素温度的影响在高温条件下，SEI膜会发生分解，导致电池循环性能变差。低温条件下，SEI膜趋于稳定不易发生分解。电流密度的影响低电流密度以及低温有利于形成良