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亲眼看一看锂离子电池SEI膜的生长过程

时间:2019/12/13 19:14:30  作者:  来源:  浏览:0  评论:0
内容摘要: 锂离子电池负极在首次嵌锂的过程中随着负极电位的持续降低,电解液中的溶剂和添加剂,例如EC、FEC、VC等会在负极表面发生分解,形成一层有机无机混合的惰性层,也就是我们常说的SEI膜。这层惰性层的存在能够有效的抑制电解液进一步在负极表面发生分解,同时还能够允许Li+通过,因此SE...
    锂离子电池负极在首次嵌锂的过程中随着负极电位的持续降低,电解液中的溶剂和添加剂,例如EC、FEC、VC等会在负极表面发生分解,形成一层有机无机混合的惰性层,也就是我们常说的SEI膜。这层惰性层的存在能够有效的抑制电解液进一步在负极表面发生分解,同时还能够允许Li+通过,因此SEI膜对于锂离子电池的倍率性能、循环寿命等都有重要的影响。

但是由于锂离子电池的全密封结构和负极的高反应活性,因此传统手段观测手段难以观测到SEI膜的形成过程。近日,上海交通大学的Chen Hou(第一作者)和Mingwei Chen(通讯作者)等人采用一种新的方法对锂离子电池的形成、生长和失效过程进行了原位观测,研究表明SEI膜具有双层混合的结构,SEI膜的失效则主要与SEI膜表面的有机成分破坏后引起内层的无机成分的溶解有关。

Chen Hou通过下图所示的装置研究了在34C大倍率下充放电过程中,金电极表面SEI膜的生长和破坏过程,之所以选择金作为工作电极,主要是因为在之前的研究中有学者观察到了金表面形成SEI膜的现象,同时在脱嵌锂的过程中金电极也会产生巨大的体积膨胀,能够模拟上述的SEI膜在金属Li或Si负极表面在充放电过程中经历的体积膨胀。从下图c和d可以看到在经过了一个充放电循环后金的表面已经因为体积变化产生了许多裂纹和微孔。

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