锂离子电池相关介绍——SEI膜的影响

本文主要来源为学堂在线《锂离子电池材料与技术》学习笔记

1、添加剂

为了抑制电解液与电极片之间的不可逆氧化还原反应，提高电解液与电极片材料界面的稳定性。在电解液溶剂和锂盐的基础上，需添加少量非储能材料，可针对性提升锂离子电池某方面的性能，这类材料统称为添加剂。

添加剂在电解液中的质量分数通常小于10%，可明显提升电池电化学性能，具有用量小、见效快等特征。近些年，添加剂是锂离子电池性能优化的一个研究方向。

添加剂既可以是有机物， 也可以是无机盐，部分溶剂或锂盐（溶剂和锂盐是锂离子电池电解液的主要组成成分）本身也可以作为添加剂。 如二草酸硼酸锂本身是一种锂盐，已有的研究发现，二草酸硼酸锂作为一种成膜的添加剂，对改善锂离子电池寿命有较大的帮助。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

根据对锂离子电池性能改善的功能分类，添加剂可分类为成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、多功能添加剂等。其中成膜添加剂是研究广泛的添加剂。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》 成膜添加剂也被称为SEI成膜添加剂，作用是在正极或负极表面形成或优化SEI膜（锂离子可通过，电子不可通过的膜），实现电极片与电解液更好的兼容性，优化锂离子电池的电化学性能。

2、SEI膜

2.1 SEI膜的影响

对于SEI膜的研究，最早集中于碳基负极表面的钝化膜。在碳基负极首次充放电过程中，存在不可逆的容量损失。其中，大多数的不可逆容量损失是由于正极的锂离子在碳基材料表面沉积形成的SEI膜。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

虽然SEI膜增大了极片与电解液界面的电化学阻抗，但SEI膜可以阻隔电解液中的溶剂同负极片的直接接触，可以阻止电解液溶剂在负极表面进一步发生反应，提高了锂离子电池的循环寿命。

因此，首次充电在碳基负极界面形成完善致密的SEI膜，有利于提升锂离子电池的电化学性能。

2.2 理想SEI膜的特征

（1）负极完全被SEI膜覆盖后，不可逆反应停止。

（2）SEI膜不溶于电解液溶剂且溶剂分子不容易穿过。

（3）SEI膜具有高的离子电导率，但对电子绝缘。

（4）具有均匀形貌与化学组成，保证电流与电场分布均匀。

（5）在负极表面具有较好的粘附性。

（6）具有较好的机械强度和弹性。充放电过程中，锂离子穿过不发生破坏。

2.3 SEI膜的构成

关于SEI膜的构成，具有多种模型与假设，其中比较经典的是Peled等人的模型：将SEI膜看作多种微粒的混合状态。

Peled等人认为靠近负极片形成的SEI膜主要为无机盐，如氧化锂（Li2O）、氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li2CO3）等。远离负极片形成部分含有锂的有机聚合物。

Polyolefins中文译为聚烯烃；Semicarbonates暂未找到可能的准确翻译，百度翻译译为半碳酸盐。图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

3、添加剂举例

氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亚乙烯酯（VC）是比较成熟的成膜添加剂。氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯所生成的SEI膜成分没有太大区别，均含有氟化锂、碳酸锂等物质。

但氟代碳酸乙烯酯所生成的SEI膜氟化锂含量高于碳酸亚乙烯酯所生成的SEI膜氟化锂含量。

编辑：黄飞