石墨陽極鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的界面狀態(tài)及其形成分析

石墨陽極鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的界面狀態(tài)及其形成分析

介紹了石墨陽極鋰電池（LIB）固態(tài)電解質(zhì)薄膜（SEI）形成的研究進(jìn)展，包括結(jié)構(gòu)、形貌、組成、電化學(xué)和形成機(jī)理。SEI層形成于最常見的陽極材料即石墨表面上。SEI對LIB長期性能的影響至關(guān)重要，并且對其初始容量、自放電特性、速率能力和安全性也有影響。而影響SEI形成的主要因素包括石墨類型、電解質(zhì)組成、電化學(xué)條件和溫度。介紹了SEI發(fā)展，涵蓋了該材料變化時的化學(xué)和結(jié)構(gòu)組成差異，涉及到電解質(zhì)的潤濕性和電荷充電循環(huán)對SEI形成的影響。

為降低電池制造成本，則需要了解SEI膜組成與容量衰減之間的關(guān)系。而在更短的時間內(nèi)，開發(fā)理想的SEI膜（即在形成期間消耗最少的鋰并減少電池長期工作期間的容量衰減）則需要了解在LIB使用壽命中的SEI膜演變。

介紹了在充放電的第一周期內(nèi)，容量大小、電池成本及SEI形成電池機(jī)制，表明對SEI離子狀態(tài)分析和表征方法的重要性。分析了影響SEI形成的各種因素，如陽極材料、表面性質(zhì)、電流密度、電解質(zhì)添加劑和電池溫度。

SEI覆蓋陽極石墨表面能夠屏蔽電解液中的鋰離子，以防止電解質(zhì)進(jìn)一步分解。這種屏蔽性能在長期的充電循環(huán)期間具有可逆電池。然而，SEI形成過程消耗鋰離子和電解質(zhì)，從而導(dǎo)致充放電和第一周期內(nèi)電池容量不可逆和鋰庫存損失。如果通過阻礙電解質(zhì)擴(kuò)散或允許從石墨到液相的電子轉(zhuǎn)移，則SEI不能很好地形成，并且電池的不可逆容量損失將會持續(xù)。

SEI的形態(tài)和化學(xué)組成對于特定的石墨表面和電解質(zhì)溶液來說是獨(dú)特的，其由3層組成：①液態(tài)電解質(zhì)附近的有機(jī)化合物形成的不緊密層；②與石墨表面相鄰的電解質(zhì)內(nèi)部更緊湊無機(jī)結(jié)構(gòu)層；③在電解質(zhì)內(nèi)外層之間具有中間特性的混合層。

刊名：Carbon（英）

刊期：2016年第105期

作者：An Seong Jin et al編譯：陳少帥