imtoken最新版app|sei
作者： imtoken最新版app
2024-03-07 21:02:09
锂离子电池的SEI膜介绍
锂离子电池的SEI膜介绍
English
首页
项目介绍
课题一
课题二
课题三
课题四
项目成果
发表论文
授权专利
成果转化
人才培养
成果获奖
学术前沿
正极材料
负极材料
全电池
隔膜
研究动态
课题一
课题二
课题三
课题四
规章制度
项目管理办法
项目组织
经费管理
成果管理
资料下载
联系我们
您现在的位置：首页 学术前沿 全电池
正极材料
负极材料
全电池
隔膜
锂离子电池的SEI膜介绍
发布时间：2017-12-20 浏览次数：1357240
SEI膜简单论述SEI 膜（ solid electrolyte interphase）简单概述：在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体却是Li+ 的优良导体，Li+ 可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”( solid electrolyte interface)简称SEI膜。正极确实也有层膜形成,只是现阶段认为其对电池的影响要远远小于负极表面的SEI膜,。负极材料石墨与电解液界面上通过界面反应能生成SEI膜 ,多种分析方法也证明SEI 膜确实存在,厚度约为100～120nm ,其组成主要有各种无机成分如Li2CO3 、LiF、Li2O、LiOH 等和各种有机成分如ROCO2Li 、ROLi 、(ROCO2Li) 2 等。SEI 膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面,SEI 膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率；另一方面,SEI 膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。因此,深入研究SEI膜的形成机理、组成结构、稳定性及其影响因素,并进一步寻找改善SEI 膜性能的有效途径,一直都是世界电化学界研究的热点。成膜机理SEI膜的形成过程，即电化学反应过程。在电压达到一定值时，在负极表面会发生一系列的物理化学变化（电解液的分解； 石墨表层的膨胀等）。在实际生产中，主要是电池化成这一步形成膜的，SEI膜主要由烷基脂锂、碳酸锂等组成，它具有多层结构，靠近电解液的一端较为致密，该膜在电极和电解液中间充当中间相，具有固体电解质的性质，且只允许锂离子自由通过，而对电子绝缘。锂离子电池一般用碳材料(主要是石墨) 作负极,在SEI 膜形成的过程中,负极表面所发生的反应与金属锂负极相类似。有关专家认为可能的反应是由EC、DMC、痕量水分及HF等与Li+反应形成(CH2OCO2Li)2、LiCH2CH2OCO2Li、CH3OCO2Li、LiOH、Li2CO3、LiF等覆盖在负极表面构成SEI膜,同时产生乙烯、氢气、一氧化碳等气体。主要的化学反应如下(电解液以EC/DMC + 1mol/L LiPF6 为例) :2EC + 2e - + 2Li + →(CH2OCO2Li)2 ↓+ CH2=CH2 ↑ EC + 2e - + 2Li + →LiCH2CH2OCO2Li ↓ DMC + e - +Li + →CH3·+ CH3OCO2Li ↓ +And/or CH3OLi ↓+ CH3OCO· traceH2O + e - +Li + →LiOH ↓+ 1/2H2 LiOH + e - +Li + →Li2O ↓+ 1/2H2 H2O + (CH2OCO2Li)2 →Li2CO3↓ + CO 2CO2 + 2e - + 2Li + →Li2CO3 ↓+ CO LiPF6 + H2O →LiF + 2HF + PF3O PF6- + ne - + nLi + →LiF↓ + LixPFy ↓ PF3O + ne - + nLi + →LiF↓+LixPOFy ↓ HF + (CH2OCO2Li)2 ↓,LiCO3 ↓→LiF ↓+ (CH2COCO2H)2 ,H2CO3 (sol.)成膜影响因素①电解质影响一般认为作为溶质的支持电解质盐比溶剂更易还原,还原产物成为SEI 膜的一部分。在一些常用的电解质锂盐中LiClO4的氧化性太强,安全性差。LiAsF6 对碳负极电化学性能最好,但其毒性较大。LiPF6 热稳定性差,60～80℃左右就有少量分解成为LiF。因此寻找新型锂盐的研究一直在不断进行中。电解质锂盐的主要差别在于阴离子种类不同,造成SEI 膜的形成电位和化学组成有差别。无机锂盐的分解也可能直接生成这些化合物:LiPF6 (solv) →LiF (s) + PF5 (s)，由于在热力学上生成无机锂化合物的倾向较大 ,故使得所生成的 SEI膜能更稳定地存在 ,从而减弱 SEI膜在电化学循环过程中的溶解破坏。阳离子对 SEI 膜也有明显影响。②溶剂的影响 电解液的溶剂对SEI膜有着举足轻重的作用 ,不同的溶剂在形成SEI膜中的作用不同。在PC溶液中，形成的SEI膜不能完全覆盖表面，电解液很容易在石墨表面反应，产生不可逆容量。在纯 EC做溶剂时,生成的SEI 膜主要成分是(CH2OCOOLi)2 ,而加入DEC或DMC后,形成的SEI 膜的主要成分分别为C2 H5COOLi 和Li2CO3。显然,后二者形成的SEI 膜更稳定。在EC/DEC和EC/DMC的混合体系中, EC是生成SEI膜的主要来源，只有EC发生了分解，DEC和DMC的主要作用是提高溶液的电导率和可溶性,而不在于参与SEI膜的形成。 有机电解质的溶剂一般需要具有高电导率、低粘度、高闪燃点和较高的稳定性等特点,这就要求溶剂的介电常数高，粘度小。烷基碳酸盐如PC、EC等极性强，介电常数高，但粘度大，分子间作用力大，锂离子在其中移动速度慢。而线性酯，如DMC（二甲基碳酸脂）、DEC（二乙基碳酸脂）等粘度低，但介电常数也低，因此，为获得满足需求的溶液，人们一般都采用多种成分的混合溶剂如PC十DEC，EC+DMC等。③温度的影响一般认为，高温条件会使SEI 膜的稳定性下降和电极循环性能变差，这是因为高温时SEI 膜的溶解和溶剂分子的共嵌入加剧，而低温条件下SEI 膜趋于稳定。有专家研究发现在- 20℃时生成SEI 膜循环性能最好,这是因为低温时形成的SEI膜致密、稳定, 并且阻抗较低。目前在锂离子电池制造商中普遍采用的化成后在30-60℃之间保温老化，以改善电池的循环性能和优化电池的贮存性能。④电流密度的影响电极表面的反应是一个钝化膜形成与电荷传递的竞争反应。由于各种离子的扩散速度不同和离子迁移数不同，所以在不同的电流密度下进行电化学反应的主体就不相同，膜的组成也不同。低电流密度时，Li2CO3 首先形成，而ROCOOLi则延迟到电极放电结束前才开始形成；高电流密度时，ROCOOLi没有在膜中出现，膜中只含有Li2CO3，这使得膜的电阻变小，电容增大。所以为了降低成膜阻抗，一般我们选择小电流进行化成。化成工艺ⅰ负压化成化成过程中始终从注液嘴处给电芯抽真空，一般真空度为-80Kpa，使化成产气能够及时排除。化成产气可以被及时排除，保证界面稳定一致，简化了后续的抽气工艺，缺点是对设备气密性要求较高，设备复杂且成本高，会有电解液损失，对环境相对湿度要求高。ⅱ开口化成化成过程中，电芯的注液口始终处于常压开放状态，使化成产气可以部分排除。化成产气可部分被排除，从一定方面保证了界面的一致性，设备较简单，成本较低。但是抽气工艺相比负压化成较复杂，静置较长，对环境相对湿度要求高。ⅲ闭口化成化成过程中，电芯注液嘴处始终处于密封状态，设备简单，成本低，对环境湿度没有要求。但是实际操作来看抽气工艺复杂，静置时间长，电芯壳体存在塑性变形风险。ⅳ高温化成化成过程中，电芯处于高温环境中，如45/60/80℃等，加快电化学反应的速度和SEI膜的生长速度且提高了膜的一致性。形成的SEI膜较疏松，不稳定。ⅴ低温化成化成过程中，电芯处于低温环境中，如30/25/20℃等,形成的SEI膜较致密，且稳定,但是化成时间较长。ⅵ大电流化成化成过程中，化成电流较大，如0.5/1/2C等，加快电化学反应的速度和SEI膜的生长速度，形成的SEI膜较疏松，一致性不好且不稳定。ⅶ小电流化成化成过程中，化成电流较小，如0.02/0.05C等，形成的SEI膜较致密，且稳定，但是化成时间长展望在锂离子电池二次电池中,电池的充放电都是通过锂离子在负极嵌脱过程而完成的,由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜,因此SEI 膜的特性决定了嵌脱锂以及碳负极电解液界面稳定的动力学,也就决定了整个电池的性能,如循环寿命、自放电、额定速率以及电池的低温性能等。因而可通过电池材料的不断改性和开发新的溶剂及添加剂来提高SEI膜的性能。正极材料的SEI膜现在研究的还很少，不过关注度在不断提高；关于研究SEI膜的新技术、新方法也尚待扩展。（来源：科袖网公众号http://mp.weixin.qq.com/s/3dmrQ3KEv59DBF_-tNWzkA）
微信平台
联系我们
地址：厦门大学材料学院圣诺楼304
邮编：361005
电话：0592-2180155
邮箱：xxxx@xmu.edu.cn
©Copyright 2017 高效纳米储能材料与器件的基础研究项目 Top
锂电池产生SEI的原因分析 - 知乎
锂电池产生SEI的原因分析 - 知乎切换模式写文章登录/注册锂电池产生SEI的原因分析伊斯特化学微视界伊斯特 为您提供材料化学解决方案锂电池产生SEI的原因分析电池SEI是电池表面的固体电解质界面，对电化学性能具有重要影响。它形成消耗锂离子，降低电极效率，但也提供保护。电池SEI生成由溶剂还原、电解质分解和反应物重排等步骤组成，结构复杂多样。什么是电池SEI液态锂离子电池首次充放电时，电解液在电极固液界面发生反应，形成覆盖电极材料表面的钝化层。该钝化层是一个界面层，具有固体电解质、电子绝缘体的特性，但又是锂离子的优良导体。Li离子可以通过该钝化层自由嵌入和脱出，因此该钝化层称为固体电解质界面，简称电池SEI。为什么电池负极会形成SEI用分子轨道理论来解释电池SEI的形成。首先弄清楚什么是HOMO、LUMO和费米能级HOMO、LUMO分别指最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道。根据前线轨道理论，两者统称为前线轨道，处于前线轨道的电子称为前线电子。前线轨道理论前线轨道是指分子中最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）。HOMO具有电子供体的性质，可以提供电子；而LUMO具有电子受体的性质，可以接受电子。在化学反应中，这两个轨道的电子起着关键作用，它们之间的相互作用决定了反应的进行和性质。LUMO能级较低的分子更容易捕获外来电子，因为它们可以提供空的轨道来容纳这些电子，从而促进化学反应的发生。HOMO表示自身电子占据的最高能级轨道，HOMO越高，其对自身电子的结合力越弱，越容易失去电子。费米能级费米能级是电子在绝对零时可以占据的最高能级，每个能级可以放置两个自旋相反的电子。现在假设我们从这些量子态中删除所有费米子。然后这些费米子按照一定的规则填充到各个占据的量子态中，并且每个费米子在这个填充过程中占据最低的占据量子态。最后一个费米子所占据的量子态可以粗略地理解为费米能级。 分子轨道理论的解释阳极处的费米能级与锂离子电池电解液的LUMO能级之间的能量差决定了电解液的热力学稳定性。如果LUMO能级低于阳极处的费米能级，则电解液会接受电子并发生还原反应。类似地，如果电解液的HOMO能级高于阴极处的费米能级，则电解液会失去电子并发生氧化反应。只有当阳极和阴极的费米能级都位于电解质的电化学稳定窗口内时，电解液才是热力学稳定的。以磷酸铁锂电池的石墨负极为例，在化成开始之前，石墨的电位位于电解液的电化学稳定窗口之间，因此负极不会产生电池SEI。在形成之初，锂离子被外部电压驱动至负极表面。此时，Li离子电势非常负，处于电解质的电化学稳定窗口之外，因此将开始生成电池SEI的反应。电池SEI生成的具体步骤锂离子电池化成过程中的SEI电池化成过程包括四个步骤：电子从集流体-导电剂-阳极材料颗粒转移至SEI电池以形成。溶剂化的锂离子在溶剂的封装下从正极扩散到生成的电池SEI表面。电子通过电子隧道效应扩散。过渡到电子与锂盐、溶剂化锂离子和试剂反应生成电池 SEI。电子隧道效应电子隧道效应是导体中的自由电子扩散到绝缘层中，从而增加了绝缘层中价电子的能态。从束缚状态（局部状态）转变为自由状态（公共状态）从而参与载流现象的现象。导体中的自由电子扩散到绝缘层中，由于库仑斥力，绝缘层中晶格势场中价电子的能态增加，降低了势垒的高度。SEI（固体电解质界面）电池的形成涉及三个因素：霍尔电场、焦耳热和电流，它们提高了绝缘层中价电子的能态。这使得局域态转变为自由态，使价电子能够参与载流。形成过程中，内部无机层持续生长并保持粗糙的界面，而外部有机层则保持多孔结构。因此，SEI电池的形成可以分为两个步骤：1、电解液在电极表面分解，形成内层无机物和外层有机物的双层多孔SEI电池。2、电解液渗入SEI电池的孔隙并继续分解，使SEI电池不断生长，直到内层变得均匀致密，外层含有足够的有机成分。这种结构能够有效地阻挡电子并防止电解质的进一步穿透。电池SEI的结构马赛克模型SEI电池型号有很多，最被接受的是马赛克型号。一方面，它继承了两层模型的假设，即电池SEI由富含无机物的内层（与锂接触）和富含有机物的外层（与电解质接触）组成。在形成完整的电池SEI的马赛克模型中，阳极充电过程可以分为四个连续的步骤。首先，溶解的锂离子扩散到电解质中。然后，锂离子通过破坏溶剂化壳而脱溶。接下来，锂离子扩散到电池SEI层上。最后，锂离子在负极材料中扩散，同时伴随着电子转移和负极材料晶格的重排。结论覆盖在电极材料表面的钝化层就是电池SEI。它可以在有机电解质溶液中稳定，溶剂分子不能通过该层被钝化，可以有效防止溶剂分子的共嵌入。避免了溶剂分子共嵌入电极材料造成的损伤，从而大大提高了锂离子电池的循环性能和使用寿命。▲声明：观点仅代表作者本人，不代表伊斯特立场，部分资讯及图片来自网络如有侵权或其他问题，请联系删除。发布于 2024-02-28 10:17・IP 属地辽宁锂电池电极材料锂离子电池赞同 5添加评论分享喜欢收藏申请
锂电池-SEI膜形成机理 - 知乎
锂电池-SEI膜形成机理 - 知乎切换模式写文章登录/注册锂电池-SEI膜形成机理液流电池储能新能源材料与器件•SEI膜简介•SEI膜的形成机理及特征•SEI膜的影响因素及改性•SEI膜的表征 在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体却是Li+的优良导体,Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”( solid electrolyte interface) ,简称 SEI膜。形成机理：锂离子电池用的有机电解液在很高或很低Li/li+电对电势时是热力学不稳定的。在首次充放电时，电解液在负极（石墨）表面发生还原反应，产生大量的有机或无机产物，沉积在负极表面，形成一层致密的钝化膜，即SEI膜。SEI膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。当电池进行化成（首次充电时），由EC、DMC、痕量水分及HF 等与锂离子 反应形成(CH2OCO2Li)2、LiCH2CH2OCO2Li、CH3OCO2Li、LiOH、Li2CO3、LiF等覆盖在负极表面构成SEI 膜，同时产生乙烯、氢气、一氧化碳等气体。主要的化学反应如(电解液以EC/DMC + 1mol/L LiPF6为例) :3.SEI膜的导Li+机理 对于SEI膜的导Li+机理，目前共有两种假设，但是依然没有公认的有说服力的说法。 1.电解液中的锂离子到达SEI膜界面后，借助SEI膜上的锂盐组分进 行阳离子互换传递。 2.电解液中的锂离子去溶剂化后直接穿越SEI膜微孔向电极材料本体 迁移。 SEI膜的特征1.SEI膜的高温特性 当电池温度升高时，SEI膜和电解液、电极材料发生化学反应，导致其成分、 厚度变化，而且这些反应会放出大量的热，使电池内部发热，甚至起火爆炸。SEI膜高温时的反应主要有一下两种2.SEI膜对电池性能的影响 SEI膜的结构和性能对电池性能有非常大的影响，有效而稳定的SEI膜 可使电池有良好的循环寿命及安全性。 ①电池化成时由于SEI膜的形成和电解液溶剂的减少会导致不可逆容量增加。 ②SEI膜对电机活性物质的表面钝化会导致电池产生自放电。 ③SEI膜对温度高度敏感，使得电池在高/低温时性能下降。 ④在电池使用过程中，SEI膜的转化会导致电池内部温度升高，使电池存在安 全隐患。 3.SEI膜对石墨表面的影响 SEI膜对石墨表面的钝化可使活性物质表面具有良好的动力稳定性，同时可确保电池良好的循环性能。但是，有时因SEI膜的形态和结构发生变化会使石墨表面钝化层破坏，文献中提到的导致钝化层破坏的原因主要为： 电解液溶剂分子和锂离子形成溶剂化离子，共同在石墨层间脱嵌，这种溶 剂化离子会导致石墨层的有序结构发生扭曲、变形，使电池性能变差。 3.SEI膜的改性 根据SEI膜的形成过程、机理及其性能特征，人们采用各种方法对SEI 膜进行改性，以求改善其嵌脱锂性能，延缓 SEI膜的溶解破坏，增强稳定性，同时减少SEI膜形成过程中锂离子的损失。 3.1碳负极预处理 碳负极的预处理方法有多种：包覆、机械研磨、表面成膜都是有效的方法。对石墨电极表面氧化、气体还原处理、高温热处理、惰性气体清洗以及低温预处理都能在一定程度上改善电极表面的SEI膜，增强其稳定性与循环性能 ,减少不可逆容量 ,增大充放电效率。 包覆是一种有效的改性方法，可以使负极的循环性能得到很大的改善。这主要归因于石墨外表面包上一层碳壳，能形成薄而致密的SEI膜，有效地抑制溶剂化锂离子的共嵌入 ,阻止循环过程中石墨层的脱落。 氧化也是一种优良的碳负极改性方法。氧化可以除去碳电极的表面活性高的部分，使电极的微孔增加，形成的SEI膜有利于Li离子的通过，同时它表层的氧化物部分能形成与电极键合的SEI膜，从而大大增强了膜的稳定性。 SEI膜是一层非常薄的依附在活性物质表面的薄膜，SEI膜和活性物质间没有明显的界面，所以想要将SEI膜从电极材料表面剥离以及精确的分析SEI膜的厚度是几乎不可能的。目前分析时一般是SEI膜和活性物质共同取样的，或者使用适当溶剂除去活性物质。 另一方面，SEI膜对杂质、空气和湿度是非常敏感的，使得SEI膜的分析检测设备要求非常高。其它表征方法目前使用的SEI膜分析方法有很多，主要可分为以下几类：SEI膜成分分析：XPS（X射线光电子能谱）、SIMS（二次离子质谱） IR(红外光谱)、Raman Spectra(拉曼光谱）等SEI膜结构成像分析：AFM（原子力显微镜）、STM（扫描隧道显微镜） TEM（透射电镜）等SEI膜热分析： DSC（差热分析）、ARC（加速量热法）、 TPD(程序升温脱附法)等 此外，XRD（X射线衍射法）、NMR(核磁共振法)、AAS（原子吸收光谱法）等检测方法在SEI膜分析检测时被广泛应用。发布于 2021-01-30 16:17锂离子电池储能 电化学赞同 905 条评论分享喜欢收藏申请
SEI是什么意思,SEI对锂电池有什么影响?-格瑞普 - 知乎
SEI是什么意思,SEI对锂电池有什么影响?-格瑞普 - 知乎切换模式写文章登录/注册SEI是什么意思,SEI对锂电池有什么影响?-格瑞普格瑞普电池藉由我们创新及可靠的产品，赋予客户改变自己的权力 SEI(固体电解质相界面) 形成为从所述电化学还原电解质的阳极的表面上，并起着在基于锂电池的长期循环性能至关重要的作用。SEI介绍 在锂离子电池的第一次充放电过程中，电极材料在固-液相界面与电解质发生反应。反应后，在电极材料表面形成薄膜，其中Li+可以自由嵌入和移除，而电子则不能。SEI 厚约100-120 nm，主要由各种无机成分组成，如碳酸锂 (Li2CO3)、氟锂 (LiF)、氧化锂 (Li2O)、氢氧化锂 (LiOH)，以及一些有机成分，如烷基碳酸锂 (ROCO2Li)。SEI来源 当锂离子电池开始充放电时，锂离子从正极活性物质中脱出。此时，它们进入电解液，穿透隔板，进入电解液，最后将自己嵌入负碳材料的层状间隙中。 然后电子沿着外端环从正极出来并进入负极碳材料。此时，电子、电解质中的溶剂和锂离子之间发生氧化还原反应。随着SEI的厚度增加到电子无法穿透它的程度，就会形成钝化层，从而抑制了氧化还原反应的继续。SEI对电池的影响 SEI膜的形成对电极材料的性能具有至关重要的影响。一方面，在SEI膜的形成过程中，部分锂离子被消耗掉，增加了电池的不可逆容量，降低了电极材料的充放电效率。 另一方面，SEI不溶于有机溶剂，可以在有机电解质溶液中稳定存在。此外，溶剂分子无法通过，从而有效防止离子的共嵌入，避免对电极材料的损坏。这大大提高了电池的循环性能和使用寿命。SEI的影响因素 SEI的形成主要受以下几个方面的影响。首先，电解质 (锂盐、溶剂、外加剂等)，组成不同会导致SEI组成不同，影响稳定性。接下来，形成，即第一次充放电电流的强度。高温 还会降低SEI的稳定性，影响电池循环寿命。此外，SEI 的厚度会根据负极材料的类型而变化。结论 深入研究SEI的形成机制、结构和稳定性，有助于进一步寻找提高锂电池性能的有效途径，SEI一直是电化学界研究的热点。发布于 2021-11-26 17:43锂电池锂离子电池赞同 9添加评论分享喜欢收藏申请
Joule：一文读懂金属负极表面固态电解质界面相（SEI）设计- X-MOL资讯
Joule：一文读懂金属负极表面固态电解质界面相（SEI）设计- X-MOL资讯
EN
注册
登录
文献直达
发Paper
求职
问答
导师
期刊
资讯
首页
资讯
资讯搜索
当前位置 ： X-MOL首页 › 行业资讯 › Joule：一文读懂金属负极表面固态电解质界面相（SEI）设计
Joule：一文读懂金属负极表面固态电解质界面相（SEI）设计
材料
作者：X-MOL
2021-06-07
金属负极由于理论上能够构建更高能量密度的可充电二次电池，最近获得了越来越多的关注。然而所有金属负极在反复的循环过程中都面临不均匀沉积、库伦效率低、副反应造成电极和电解液活性物质流失等问题。金属负极与电解液之间通过化学和电化学反应形成的固体电解质界面相（SEI）被认为是决定电池长期稳定性的关键因素。近期美国康奈尔大学赵庆博士和Lynden Archer教授等在能源顶级期刊Joule 上发文，系统了分析目前SEI的研究成果，指出了未来SEI的设计思路。固体电解质界面相（SEI）是在所有电化学电池的显性或隐性界面上由电化学和化学反应结合而形成的化学上独特的物质相。在过去十年中，这种界面相材料的结构、化学和热力学被广泛认为在二次电池中实现高水平的电极可逆性方面起着至关重要的作用，特别是在金属负极被用作高能量密度和低成本的电池系统中。本文综述了金属负极SEI的发展历史、化学性质、形成特点和设计思路，指出利用电解液组分的氧化还原化学在电池内建立设计SEI的策略，强调了通过电池外部的方式创建人工SEI，提高金属负极可逆性的方法。以基于这些方法的进展为出发点，凝练了界面设计策略，指明如何促进SEI的化学、机械和电化学稳定性，以及快速的离子传输。最后，文章分析了一价金属（Li、Na、K）、二价金属（Mg、Ca、Zn）和三价金属（Al）表面形成SEI的异同，这些金属目前对开发具有成本效益并且高性能的二次电池非常具有潜力。在此基础上提出迫切需要能够在原子水平上分析金属SEI的侵入式实验方法。图1. 金属锂负极SEI的发展历程-从概念的提出到直接观测。第一次锂金属电池的研究至少可以追溯到20世纪50年代，当时的目标是制造具有更高能量密度的电池；在20世纪60-70年代，研究人员开始认识到在金属锂表面形成了一层固态膜，保证了即使Li+/Li具有最负的电化学电势，仍能在非质子型电解液中稳定工作；这层固态膜在1979年被Peled定义为SEI。之后，各种各样的SEI模型被推测和建立，同时，SEI的组分也逐渐被理解，各种人工SEI也根据不同的需求而设计合成。图2. SEI的形成、特征及组分由于电解液的LUMO能极低于锂金属，因此一般电解液在与金属接触时，会在表面生成SEI膜，从而拓宽电解液的操作窗口。SEI应该是电子绝缘的，从而延缓锂和电解液之间的进一步反应，因此具有高带隙的组分是SEI的首选。同时，SEI应该具有快速导离子的能力，一旦溶剂化的锂离子在外加电场下转移到SEI表面，SEI可以对锂离子进行脱溶剂化，并将裸露的锂离子转移到负极。在这里，具有低扩散活化能的SEI是更为合适的选择。锂离子插入石墨负极并形成LiC6只会引起较小的体积膨胀（~13.2%），相比之下，锂金属剥离/电镀过程没有宿主，经历非常大的体积变化。因此，SEI中产生的应力是显著的，同时锂金属倾向于以非平面的枝晶状形貌沉积，增加了其他力学要求。Monroe和Newman的理论表明，当与金属镀层接触的材料的剪切模量大约是金属锂的两倍（4.2 GPa）时，可以抑制不均匀的锂沉积。同时，通常由具有高界面能界面产生的高表面张力，也可以稳定金属沉积过程。目前SEI有多种制备方法，利用电解液改性可以构建内置SEI、利用锂的化学反应活性可以制备人工SEI。化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）和溅射等薄膜技术被广泛用于合成人工SEI，除了表1中列出的化合物外，还有大量关于聚合物/杂化SEI的报道。表1. 常见的SEI组分以及特征图3. 通过电解液组分调控SEI相对溶剂化力，定义为测试溶剂与参考溶剂的配位百分率，比介电常数或给体数更能定量地捕捉电解液与金属锂的反应能力，较高的相对溶剂化能力能够使更多的锂溶剂化，这将有利于它们在电场作用下转移到锂金属表面，使它们更容易被还原。电解液的LUMO能级也反应了在锂金属表面的还原能力，同时在实际应用中要注意到溶剂的LUMO能级很容易受到盐的影响，清华大学张强老师团队在这方面有很多出色研究。盐也可能在锂电极上被还原，通过测试相同的溶剂并且不同的盐组成的电解液的稳定性，结果表明电化学还原电位随盐的不同而明显不同。同时，在锂金属电极表面形成的其他活性物质也会影响盐的分解动力学。图4. 通过电解液添加剂和浓度调控SEI为了弥补常规电解液的缺点，人们添加了不同的溶剂或盐作为所谓的成膜添加剂，旨在创建具有所需特性的SEI，如高模量/表面能、高锂离子电导率、高弹性等。同时，高浓度电解液（通常为>3~5 M）由于其显著而独特的特性，包括配合环境引起的SEI的不同形成机制，近年来得到了广泛的研究。在高浓度电解液中，总LUMO能量将从溶剂主导转移到盐主导，因此在电极表面盐先于溶剂被还原。为了解决高浓电解液高成本和高粘度的问题，用“惰性”稀释剂稀释电解液制备局部高浓电解液是一种新兴的方法，这种方法不影响锂的配位结构，从而形成与高浓电解液相似的SEI。图5. 人工SEI的设计原则人工SEI（ASEI）是另一个有吸引力的解决方案，可以克服内置电解液形成界面的缺点。由于SEI是在电池外部创建的，界面相的性质和组成可以通过许多方法精确调整，以控制电沉积金属的形态。SEI的机械稳定性是实现均匀沉积的关键参数。通常考虑两个因素，剪切模量和屈服点。同时人工SEI要具有化学稳定性，能够阻止所有除金属还原反应之外的法拉第和非法拉第反应，并且提供稳定均匀的锂离子输运，在ASEI内部具有高的锂离子扩散率，在电极/ASEI界面，提供较高的表面扩散率。图6. 不同金属的本征特性以及SEI设计原则除金属锂之外，近年来钠、钾、镁、钙、锌、铝等金属电池的发展也受到越来越多的关注。物理化学性能和表面信息的变化对这些金属中设计SEI提出了不同的策略。总的来说，钠和钾与锂有着相似的物理化学性质，但表现出更低的电负性，SEI组分也具有不同的溶解度和模量。钠和钾的硬度等比金属锂更软，说明物理手段更容易抑制枝晶生长。作为比较，多价金属（镁、钙、锌和铝）的模量更高，枝晶的生长更加危险。更糟糕的是，多价离子较高的电荷密度通常导致SEI中的离子迁移率较低，增加了SEI设计的难度。计算表明，镁的扩散势垒比锂和钠都低，因此Mg有在平滑结构中生长的趋势。钠与锂虽有很多相似之处，但形成的SEI却有些不同。理论上，由于钠离子的极性较低，大部分钠SEI比锂SEI更容易溶解，因而钠金属在静置过程中的容量损失较大，钠在电解液中的溶出/电镀效率一般低于锂离子，特别是在碳酸酯类电解液中。最近的工作表明，在金属钠上建立一个稳定的锂SEI是保护金属钠的有效方法，这为设计异相SEI提供了思路。总体来说，了解SEI的组成、形貌和力学性能对指导金属负极界面的进一步设计至关重要。由于难以捉摸和高度动态的特性，各种方法需要联合起来在原子级别上彻底识别SEI。作为一门处于早期阶段的跨学科科学，对于那些愿意利用先进的实验、计算机模拟和理论工具推动对SEI的基本理解的研究学者来说，都是很好的机会。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Stabilizing metal battery anodes through the design of solid electrolyte interphasesQing Zhao, Sanjuna Stalin, Lynden A. ArcherJoule, 2021, 5, 1119-1142, DOI: 10.1016/j.joule.2021.03.024作者介绍赵庆博士，2017年从南开大学获得博士学位，导师为陈军院士。同年加入美国康奈尔大学从事博士后研究，合作导师为Lynden Archer教授，研究工作聚焦金属负极表界面电子/离子的传导设计，原位固态电解液的合成和界面优化。以第一作者(含共一)在Science, Nat. Energy, Nat. Rev. Mater., Joule (2), Sci. Adv. (2), PNAS, Chem. Rev., Angew. Chem. Int. Ed. (4), Adv. Mater. (2), Nano Lett. (2), Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett. 等发表文章近30篇。申请中外专利11项。赵庆博士现已加入由陈军院士领衔的创新团队，任南开大学化学学院特聘研究员，博士生导师，入选了中国化学会第六届青年人才托举工程，担任eScience期刊编辑办公室副主任。课题组目前招募各类人才，欢迎有意者请将个人简历发送至邮箱: qzenergy@163.com。Lynden Archer教授，康奈尔大学终身教授，美国工程院院士，现任康奈尔大学工程学院院长。主要研究方向包括有机-无机复合材料以及复合材料在能源储存方面的应用。在Science, Nature, Nat. Rev. Mater., Nat. Mater., Nat. Energy, Joule, PNAS, Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等期刊发表论文400余篇。（本稿件来自Cell Press）
如果篇首注明了授权来源，任何转载需获得来源方的许可！如果篇首未特别注明出处，本文版权属于
X-MOL
（
x-mol.com
），
未经许可，谢绝转载！
点击分享
收藏
取消收藏
评论:
0
友情链接：
学术期刊
行业资讯
全球导师
X-MOL问答
求职广场
网址导航
关于我们
帮助中心
客服邮箱：service@x-mol.com
官方微信：X-molTeam2
邮编：100098
地址：北京市海淀区知春路56号中航科技大厦
Copyright © 2014-2024 北京衮雪科技有限公司 All Rights Reserved
京ICP备11026495号-2
京公网安备 11010802027423号
down
bug
bug
首页 | 工程建设公司
首页 | 工程建设公司首页|中国石化网站群|中国石化|English
关于我们
新闻动态
业务介绍
信息公开
人力资源
企业荣誉
企业优势
网上信访
新闻动态 1 2 3 4 5 六党支部举办主题教育联合读书班 公司召开打造“最强工程”动员.. 公司召开主题教育动员部署会 公司举办2023年职工运动会 李永林到公司宣讲党的二十大精神 公司新闻 国资动态 更多+ 更多+ 中石化芳烃团队获评央企楷模2024-02-02 公司获全国安全科技进步一等奖2023-12-28 公司新获9项技术奖和1项专利金奖2023-12-21 公司5项技术获评“石油石化好技术”2023-12-19 石化报刊发吴德飞署名文章2023-12-14 公司获两项国家优质工程奖2023-12-13 公司获评国家知识产权示范企业2023-12-11 国务院国资委党委深入学习习近平..2024-02-27 国务院国资委党委深入学习习近平..2024-02-19 国务院国资委党委召开学习贯彻习..2024-02-06 国务院国资委将全面实施“一企一..2024-01-31 国务院国资委、应急管理部联合召..2024-01-30 国务院国资委党委召开党风廉政建..2024-01-30 深入学习习近平总书记在主持中央..2024-01-09 远程办公 VPN 工程云 云盘 电子邮件 电子公告 工时填报 海外在线 文档管理 材料管理 供应商管理 采购管理 合同管理 文档管理 JRE CitrixClient JavaClient DataRoom 远程投稿 关闭 外网公告 各单位： 根据公安部对于国有企业外网网站信息安全的要求以及中国石化网站群系统三级等保安全需要，计划于本周末（2016年12月10至2016年12月11日）对系统登录方式进行升级，由现有Windows认证方式升级为Form表单认证方式。升级期间请勿登录系统更新新闻或页面，请大家谅解。如有紧急需求或问题请联系项目组。 升级后的访问地址维持不变，使用方面的变化主要有以下两点： 1.登录界面的变化： 由Windows界面升级为中国石化网站群(×××)网站管理系统form认证界面，见下面对比图： 旧（Windows认证界面） 新（form认证界面） 2.登录用户名的变化： 升级前的Windows认证在IE内核环境下输入用户名时，需要在石化邮箱帐号前加：sinopec\； 升级后的form认证输入用户名时，不区分是否是IE内核，直接输入石化邮箱帐号即可，不需要再加： sinopec\。 3.网站授权方式的变化 升级前添加用户的形式： 例如给张三授权，张三的石化邮箱假设为：zhangsan.tjwx@sinopec.com ,那么在添加张三的时候，输入zhangsan 系统会自动检索出张三的AD账号，如下图所示： 升级后添加用户的形式： 升级后，同样是给张三授权，在添加用户时的形式：输入 sinopec:zhangsan.tjwx ,系统会检索出张三的FORM 账号，选择点击确定即可，如下图所示： 项目组联系方式: 010-59964021/59964023/59963375 中国石化网站群项目组 工程业绩 炼油项目 化工项目 总承包项目 工程监理 储运 环境工程 建筑 安全评价 更多+企业优势 科学技术是第一生产力。中国石化工程建设有限公司辉煌的六十多年历... 了解更多 SEI建立了良好的信息技术系统，以支持公司运营管理、工程设... 了解更多
©中国石化工程建设有限公司版权所有2008-2014 京ICP备05037230号 京公网安备 11010502035638号
联系我们
地址：中国北京朝阳区安慧北里安园21号 邮政编码：100101 电话 ：010-84879999
技术支持：石化盈科信息技术有限责任公司
Sei
evelopersDevelopersDeveloper HubDocsSei ExplorerHackathonGithubSei HubBuilders ChatEcosystemEcosystemEcosystem HubBuildSei BridgeSei ExplorerStake SeiCommunityCommunitySei MarinesBlogInstitutionsMediaMediaNews RoomBrand KitExploreExploreExplore HubAbout SeiInstitutionsJoin ProgramCareersBlogLaunch AppEVM DevnetLATEST EVENTPUBLIC DEVNETAs part of the proposed upgrade to Sei, to support a parallelized EVM, developers are invited to begin testing and deploying applications on the Arctic-1 Public DevnetStart BuildingLearn MoreAccelerating the Future The Fastest Parallel BlockchainPushing the boundaries of blockchain technology through open source development, Sei stands to unlock a brand new design space for consumer facing applications.Start BuildingExplore Ecosystem380msTIME TO FINALITY12,500TRANSACTIONS PER SECOND1.2b+TRANSACTIONSSupported by elite global institutions, Sei stands at the forefront of blockchain innovation.The Sei ecosystem aligns with our commitment to working with founders and teams dedicated to open access and programmable commerce,” Wyatt Lonergan, Principal at Circle Ventures.Multicoin led Sei's seed round last year and have been working closely with [sei labs] since then. We've been continuously amazed with their pace of execution - Spencer Applebaum, Investment Partner at MulticoinWe choose Sei for its unmatched speed, resilience, and innovation. Its optimized architecture aligns seamlessly with our institutional goals.Kanav KariyaPresidentCOINBASE VENTURESWe back exceptional entrepreneurs working to advance the crypto/Web3 ecosystem and support Coinbase's mission of creating more economic freedom.Sei has made advancements in speed, scalability, and security that address some of the major drawbacks of current general purpose chains. We’re confident that they can be a real challenger in the battle for Layer 1 - Tommy Shaughnessy, co founder at delphi digitalRedefining High-Speed Blockchain TechnologyGet in touchLeading with SpeedSei's Unmatched PerformanceAchieving 390 ms block finality, Sei is at the pinnacle of high-speed blockchain platforms, ideal for web2 like experiences, high-frequency trading and real-time digital exchanges.Revolutionary ArchitectureParallelized RuntimeSei V2 introduces a unique architecture designed to enhance scalability and developer flexibility.Robust SecurityBuilding on the Shoulders of GiantsSecurity is paramount on Sei. Building on and turbocharging proven, battle tested architecture such as tendermint consensus and wasm.Build on the fastest blockchain in the industry.Highly SecureBuild with Confidence - Highly Secure PlatformSei's blockchain utilises battle tested architecture, ensuring a reliable and secure environment for your projects.Massively ScalableExpand Without Limits - Massively ScalableSei’s blockchain supports vast scalability, enabling your projects to grow exponentially without performance constraints.Engineered to EvolveAdaptive Blockchain Technology for Future NeedsSei is designed to adapt and evolve, ensuring your projects remain at the cutting edge of blockchain technology.Emerging ApplicationsFoster Innovation - Emerging ApplicationsSei is the ideal platform for developing groundbreaking applications, supporting the latest trends and innovations in blockchain.Carbon NeutralEco-Friendly Development - Carbon NeutralSei’s commitment to carbon neutrality makes it the perfect choice for environmentally conscious blockchain development.Build with SpeedJoin the Speed Revolution - Build on SeiStart building on Sei, the fastest blockchain in the industry, and elevate your projects with unparalleled speed and efficiency.DevelopersDeveloper HubDocumentationSei AppSei ExplorerGithubSei Builders ChatEcosystemEcosystem HubJoin the EcoBuildBridgeExplorerStakeCommunityCommunity HubSei MarinesBlogMediaNews RoomBrand KitExploreAbout SeiInstitutionsCareersBlogContactSocial关于我们 | 工程建设公司
关于我们 | 工程建设公司首页|中国石化网站群|中国石化|English
关于我们
新闻动态
业务介绍
信息公开
人力资源
企业荣誉
企业优势
网上信访
关于我们企业简介领导致辞管理团队组织结构发展战略领导关怀企业资质发展历程企业文化国际交流 首页 >> 关于我们 企业简介 中国石化工程建设有限公司（Sinopec Engineering Incorporation, 简称 SEI）前身成立于1953年，是有近七十年发展历史的石油炼制与石油化工工程设计单位。SEI拥有工程设计综合甲级、工程咨询甲级、工程监理甲级等资质证书...>>阅读详情 领导致辞 领导关怀 七十载砥砺奋进铸辉煌，新时代矢志追梦向未来。作为一家与共和国同步成长的工程设计企业... >>阅读详情 >>阅读详情 发展历程企业资质 中国石化工程建设有限公司（SEI）是原中国石化工程建设有限公...>>阅读详情 许可经营项目：压力容器的设计（具体品种范围以批准书为准，有效期至.....>>阅读详情 管理团队 吴德飞执行董事、党委书记尉雷公司总经理、党委副书记...>>阅读详情 发展战略国际交流 根据中长期规划的目标要求，公司将努力实施“品牌战略”和“国际化战...>>阅读详情 为推进集团公司"走出去"战略的顺利实施，配合集团公司与越南国家.....>>阅读详情
©中国石化工程建设有限公司版权所有2008-2014 京ICP备05037230号 京公网安备 11010502035638号
联系我们
地址：中国北京朝阳区安慧北里安园21号 邮政编码：100101 电话 ：010-84879999
技术支持：石化盈科信息技术有限责任公司
锂金属电池中固体电解质界面（SEI）的设计原则是什么？ - 知乎
锂金属电池中固体电解质界面（SEI）的设计原则是什么？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册电池电池技术锂离子电池锂电池锂金属电池中固体电解质界面（SEI）的设计原则是什么？关注者7被浏览7,066关注问题写回答邀请回答好问题添加评论分享3 个回答默认排序知乎用户材料化学人工SEI的设计原则（Cell Reports Physical Science 1, 100119, July 22, 2020）主要是三个方面：（1）机械稳定性，防止开裂；（2）均匀的锂离子传输通道；（3）化学惰性以防止锂金属负极与液体电解液反应。在设计人工SEI的时候，应该综合考虑以上的三方面因素（Tikekar, M.D., Choudhury, S., Tu, Z., and Archer, L.A. (2016). Design principles for electrolytes and interfaces for stable lithium metal batteries. Nat. Energy 1, 16114.）。Cell Reports Physical Science 1, 100119, July 22, 2020机械稳定性 天然SEI是脆性的，在循环过程中容易开裂。人工SEI的力学性能设计有两个主要方向： 一种是使人工SEI尽可能机械地强或硬，以抑制Li枝晶的形成（J. Electrochem. Soc. 152, A396.）。 另一个设计方向与上述方法具有相反的思路，是将软材料用来促进理想的锂金属形态，避免锂枝晶的生长（J. Am. Chem. Soc. 139, 4815–4820.）。均匀离子传输锂离子通过界面层的传输是锂沉积的关键，从而影响锂金属阳极的整体性能。 当使用具有合理高离子电导率和高迁移数的电解质时，Li枝晶的生长受到抑制。 为了解决锂金属问题的根源，调整SEI的空间均匀性是至关重要的（Nat. Energy 1, 16114；Sci. Adv. 2, e1600320.）。化学惰性通常的观点认为天然的SEI具有很好的化学惰性。然而，越来越多人研究发现这是提高金属锂负极循环效率的关键因素（Matter 1, 317–344.）。 有害的副反应同时消耗锂金属和液体电解质，导致诸多的问题，如电解质耗尽，锂耗尽，界面阻抗增加， 高过电位和低库仑效率等等。 一个成功的人工SEI应该能够钝化Li表面，并尽量减少Li金属和液体电解质之间的副反应。 实现这一点的方法主要有两种：（1） 完全或阻断大部分电解质通过人工SEI的渗透，减轻锂金属与电解质组分之间的接触；（2） 调节锂金属与涂层之间的可控反应，产生导离子但不导电子的绝缘层，从而防止高活性电子隧穿或跳跃与电解质反应。发布于 2020-11-13 19:28赞同 7添加评论分享收藏喜欢收起高分子能源 关注设计在电极上形成的固体电解质界面(SEI) 对于实现金属离子电池的高性能至关重要。然而，电解质分解导致的 SEI 形成机制在分子尺度上尚不完全清楚。在此，本文提出了一种通过切换电解质来调节SEI性能的新策略，通过该策略可以首先在基于醚的电解质中在石墨电极上预先形成独特且更薄的SEI，然后设计的石墨电极可以表现出极强的性能。碳酸盐基电解质中的高倍率能力，能够设计快速充电和宽温锂离子电池（例如石墨| LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622））。提出了一个涉及Li+-溶剂-阴离子复合物的构象和电化学稳定性的分子界面模型，以阐明醚基和碳酸盐基电解质之间 SEI 形成的差异，然后解释获得更高倍率性能的原因。这一创新概念将不同电解质的优势结合到一个电池系统中。相信切换策略和对 SEI 形成机制的理解为 SEI 的设计开辟了一条新途径，这对于追求更通用和更高稳定性的电池系统是通用的。图文简介在电极上构建人工 SEI石墨的电化学性能SEI的特征。锂半电池放电的原位 EIS（奈奎斯特图的顶视图）| 循环石墨在 a、c、e）醚基和 b、d、f）碳酸盐基电解质的不同电解质中的石墨、SEM 和 TEM 图像。切换电解质界面模型的好处。a) 插图和 b) 交换实验的过程。c) 石墨@SEI（即在碳酸盐基电解质中与醚基电解质中预形成）在碳酸盐基电解质中和 d) 石墨@SEI（即在碳酸盐中预形成）的比较倍率性能基电解质与基于醚的电解质）在基于醚的电解质中。e) 通过切换电解质获得的石墨电极的倍率性能与之前报道的碳酸盐基电解质的比较。快速充电率 LIB 应用。a) 由石墨@SEI 阳极和 NCM622 阴极倍率性能组成的 LIB 的示意图。在碳酸盐基电解质中使用石墨@SEI（在醚基电解质与碳酸盐基电解质中形成的 SEI）的 LIB 的比较倍率容量 b）和典型电压与容量曲线 c，d）。e）LIB在高温和低温下的比较倍率性能。论文信息论文题目：Switching Electrolyte Interfacial Model to Engineer Solid Electrolyte Interface for Fast Charging and Wide-Temperature Lithium-Ion Batteries通讯作者：Zheng Ma，Qian Li, 明军通讯单位：中国科学院长春应用化学研究所小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。发布于 2022-07-19 10:54赞同添加评论分享收藏喜欢收起