金屬鋰是鋰電池負(fù)極材料的選擇，它具有超高的比容量(3860mAh/g)和的電化學(xué)電勢，有望滿足未來純電動汽車對高容量的要求。

然而，金屬鋰負(fù)極在實際應(yīng)用中還存在著兩個最重要的問題：首先，易產(chǎn)生枝晶，引起電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題；其次，循環(huán)過程中低的庫侖效率和鋰負(fù)極逐漸增長的超電勢導(dǎo)致較差的容量保持率。雖然早期鋰電池發(fā)展過程中，較差的庫侖效率通過過量的鋰得到部分的補(bǔ)償，但鋰枝晶的生長引起了電池?fù)p壞、著火等其它嚴(yán)重問題。

本文對金屬鋰負(fù)極通過SEI膜進(jìn)行改性的研究進(jìn)展作了綜述，介紹了固體電解質(zhì)膜的形成機(jī)理、成膜條件以及SEI膜改性的幾種方法，對未來金屬鋰負(fù)極表面SEI膜改性的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

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1 SEI 膜的形成機(jī)理

為什么恒壓限流充電的時候電流是逐漸減小的

當(dāng)今鋰電池電解液的主要成分為有機(jī)溶劑和鋰鹽，金屬鋰幾乎在所有的有機(jī)溶劑中熱力學(xué)性質(zhì)都是不穩(wěn)定的。有機(jī)溶劑的還原電位通常約為0.5~1.0V，所以當(dāng)有電流通過時，鋰在有機(jī)溶劑中會迅速與電解液發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物中某些鋰離子、陰離子、溶劑分子沉積在鋰負(fù)極表面，形成 一層不溶固體電解質(zhì)界面膜，這層薄膜就被稱為SEI膜。

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SEI膜厚度大約為20nm，包含多種無機(jī)和有機(jī)成分。鋰負(fù)極在不同的電解液中形成的表面SEI膜的組分也不同。Zheng等研究得到SEI膜里層主要由無機(jī)組分構(gòu)成，外層主要由有機(jī)組分構(gòu)成，同時含有無機(jī)組分和有機(jī)組分的這種結(jié)構(gòu)對預(yù)防鋰負(fù)極被電解液腐蝕會更加有效。

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2 SEI 膜的成膜條件

2.1 溫度

之前科研者們對成膜溫度已做了大量的探索工作，Ishiikawa等研究表明在-20℃形成的SEI膜表面形態(tài)較致密且具有較低的阻抗，鋰沉積表面較光滑。在高溫情況下SEI膜成分不穩(wěn)定。在鋰電池中，初始低溫循環(huán)預(yù)處理可提高電池在常溫中工作的循環(huán)性能。但隨著研究的深入，出現(xiàn)了相反的觀點，Andersson等探索得出在較高溫下生成的SEI膜分解后再生成會具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。目前商用鋰離子電池大部分都是在30~60℃預(yù)處理形成穩(wěn)定SEI膜。

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2.2 電流密度

在鋰沉積過程中，集流體表面沉積鋰的電化學(xué)反應(yīng)需要額外的電子，同時SEI膜的形態(tài)和結(jié)構(gòu)也取決于電流密度的大小。Dolle等研究發(fā)現(xiàn)，在1mol/L LiPF6/EC+DMC(質(zhì)量比1:1)電解液中，小電流密度放電情況下，鋰負(fù)極表面SEI膜首先生成Li2CO3成分，最后生成ROCO2Li；大電流密度下，SEI膜只生成Li2CO3成分。這些表明不同的電流密度對SEI膜的成分有很大的影響，進(jìn)而會影響到鋰形態(tài)和循環(huán)性能。

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