SEI膜對鋰電極性能的影響

鋰電極在許多極性非質(zhì)子溶劑體系中具有明顯的穩(wěn)定性，這是由于在這些電解液中，它們被一層表面膜所鈍化的緣故，習(xí)慣上人們將其稱之為鈍化膜或SEI膜(固體電解質(zhì)相界面膜)。在大多數(shù)電解液中，SEI膜主要由一些無機(jī)和有機(jī)鹽組成，它的存在阻止了鋰電極和電解液的進(jìn)一步反應(yīng)，使鋰電極具有明顯的穩(wěn)定性，這就是非水溶劑在一次鋰電池中獲得成功應(yīng)用的原因。在金屬鋰蓄電池中，覆蓋在鋰電極表面的SEI膜性能直接控制著鋰電極的電化學(xué)行為，電池的循環(huán)壽命強(qiáng)烈地依賴于鋰的溶解/沉積過程中的不可逆容量，SEI膜的形成過程在其中起著重要的作用。這主要是由于以下原因造成的：

(1)由金屬鋰和電解液組分之間的反應(yīng)造成的腐蝕程度是由其表面SEI膜的鈍化性能決定的。

(2)鋰的溶解-沉積過程必須通過S0I膜發(fā)生，而且鋰離子通過SEI膜的遷移是鋰沉積-

溶解過程的速率控制步驟，它決定了鋰沉積-溶解過程的均勻性，例如SEI膜的結(jié)構(gòu)和組成均勻性越好，鋰的沉積過程均勻性也就越好。當(dāng)鋰的沉積過程是均勻的時(shí)候，在循環(huán)過程中，金屬鋰就可以大部分避免被腐蝕，這樣鋰電極就可以獲得較好的循環(huán)效率。

(3)鋰離子能夠通過SEI膜發(fā)生鋰的沉積和溶解過程，但在溶解和沉積過程中，由于主要由離子組分組成的SEI膜很難適應(yīng)上述過程鋰表面形態(tài)的變化，因此S部I膜發(fā)生破裂，導(dǎo)致了“裸鋰”的產(chǎn)生，以及它與電解液的更進(jìn)一步反應(yīng)。因此在鋰的重復(fù)沉積-溶解過程中，鋰和電解液組分不斷被消耗，導(dǎo)致鋰電極循環(huán)性能的衰減。

(4)SEI膜的破裂會(huì)導(dǎo)致形成一些高活性位，從而加速這些部位鋰的沉積和溶解速度，導(dǎo)致鋰電極表面電流分配的不均勻性，不均勻性和枝晶的生成導(dǎo)致出現(xiàn)一系列的安全問題。這就是金屬鋰蓄電池商品化應(yīng)用遭到失敗的主要原因，事實(shí)上，鋰電極在幾乎所有常用電解液體系如醚、烷基碳酸酯中循環(huán)效率都很低，以致于很難用在商品化的金屬鋰蓄電池中。