電極SEI膜形成原理

SEI膜的形成過程可分為兩種情況:(1)原鈍化膜覆蓋的鋰電極;(2)裸鋰表面無原始鈍化膜。

鋰電極表面通常覆蓋一層原始鈍化膜。光譜學(xué)方法研究表明，鋰的原始表面薄膜具有雙層結(jié)構(gòu)。外層重要由li-0h-li2c03構(gòu)成，內(nèi)層重要由Li20構(gòu)成。

電極SEI膜形成原理

在接觸過程中鋰電極和有機(jī)電解質(zhì),原創(chuàng)電影的重要組件表面的鋰電極,Li20(內(nèi)層),LiOH和Li2003(外層),將與親電反應(yīng)溶劑分子如醚、烷基碳酸,將部分溶于電解液。

然后原始組件部分或全部表面膜的金屬鋰,取而代之的是電解液的反應(yīng)產(chǎn)物組成,金屬鋰表面附近的界面膜組件繼續(xù)反應(yīng),SEI膜鋰附近的內(nèi)部形成一層低氧化態(tài)組件,和外膜的表面沉積是一個動態(tài)的過程,形成一些高氧化態(tài)組件,同時由于某些組分的表面溶解而出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。在循環(huán)過程中，鋰的溶解會加速鋰表面原有薄膜的破裂，導(dǎo)致金屬鋰與電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)。

由于金屬鋰具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，因此通常在電解液鋰表面原位制備無初始鈍化膜的裸鋰。當(dāng)一個新的制備鋰電極表面鈍化層會暴露在有機(jī)電解質(zhì),電解質(zhì)肆意的所有組件和鋰電極發(fā)生還原反應(yīng),當(dāng)一些減少產(chǎn)品鋰電極表面上,他們會阻礙這一過程,以便進(jìn)一步反應(yīng)將通過電子轉(zhuǎn)移的情況下更加有選擇性,因此進(jìn)一步降低電解質(zhì)組件將會有很高的選擇性,導(dǎo)致SEI膜形成的鋰電極表面具有多層結(jié)構(gòu)。

通過上述工藝在鋰電極表面形成的SEI膜在后續(xù)的存儲過程中會發(fā)生結(jié)構(gòu)和成分的進(jìn)一步變化。這些變化包括靠近鋰表面的表面組分的減少和水的擴(kuò)散，導(dǎo)致SEI膜組分的水化。最后這個過程幾乎是不可防止的,甚至在水里只包含105也可以發(fā)生在電解液,這是由于電解液的常用鋰電極表面鈍化組件是高吸濕,水可以從電解液滲透SEI膜,水化的成分,導(dǎo)致鋰電極循環(huán)性能的衰減。水也擴(kuò)散到表面，并直接與鋰反應(yīng)。

不管怎么樣在不同的電解質(zhì),鋰電極表面表面的不同反應(yīng),反應(yīng)溶劑,鋰鹽、雜質(zhì)(h2o,H,等等),和電解液的反應(yīng)產(chǎn)物的溶解性,它的形成過程是由溶劑、鋰鹽和雜質(zhì)之間的微妙的平衡決定的還原過程,初步形成SEI膜鋰電極表面通常經(jīng)歷衰老過程,并逐漸改變其結(jié)構(gòu)和性能，SEI膜的多相化學(xué)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋰沉積的不均勻性，且(或)在沉積鋰時被SEI立即有效鈍化，鋰循環(huán)效率高。同時,可以看出SEI膜組件不容易吸收水分,如Li2C03和生活,更好的組件來實現(xiàn)有效的活性鋰電極的鈍化,所以存在Q02或少量的高頻的有機(jī)電解液可以顯著提高鋰電極的性能。