锂离子电池化成步骤和SEI膜的形成过程
来源：维多利亚3308 日期：2019-05-22 09:26 浏览量：次
锂离子电池化成步骤和SEI膜的形成过程。锂离子电池的生产制造，是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程。在极片制造工艺阶段，可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。最后是电池的化成、老化、分容三步工艺。
锂离子电池化成步骤
步骤①：电子由集流体-导电剂-石墨颗粒内部传递到待形成SEI膜的A点;
步骤②：溶剂化的锂离子在溶剂的包裹下，从正极扩散至正在生成的SEI膜表层的B点;
步骤③：A点的电子通过电子隧道效应扩散至B点;
步骤④：跃迁至B点的电子与锂盐、溶剂化锂离子、成膜剂等反应，在原有SEI膜表层继续生成SEI膜，从而使得石墨颗粒表层SEI膜厚度不断增加，最终形成完整的SEI膜。
由此可见，SEI形成的整体反应过程，可具体分解为上述四个分步反应来描述，四个分步反应过程，即决定了整个锂电池SEI膜的成膜过程。
锂电池的老化
老化一般就是指电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置，可以有常温老化也可有高温老化，两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定，保证锂电池电化学性能的稳定性。老化的目的主要有三个：
1、锂电池经过预化成工序后，电池内部石墨负极会形成一定的量的SEI膜，但是这个膜结构紧密且孔隙小，将电池在高温下进行老化，将有助于SEI结构重组，形成宽松多孔的膜。
2、化成后电池的电压处于不稳定的阶段，其电压略高于真实电压，老化的目的就是让其电压更准确稳定。
3、将锂电池置于高温或常温下一段时间，可以保证电解液能够对极片进行充分的浸润，有利于电池性能的稳定。
锂电池的化成-老化工艺是必不可少的，在实际生产中根据锂电池的材料体系和结构体系选择电池充放电工艺，但是电池的化成必须在小电流的条件下充放电。经过两步关键工艺，再对稳定下来的电池进行分容，经过包装等工序后就可以出场了。
锂离子电池SEI膜的形成过程
步骤①：电子由集流体-导电剂-石墨颗粒内部传递到待形成SEI膜的A点
到达A点的电子数量，将由化成时使用的电流、电流在正负极之间分布均匀性共同决定：化成电流越大，通过电极片a点的电流越大;当正负极电极片之间不平整时，相距近的点(a)，电流更大;电极a点电流增大时，通过a点处活性物质颗粒的电流将更大，即单位时间内到达A点的电子数将增多，因此将使得A点处发生的成膜反应发生变化(如上篇文章所述：即大量的电子聚集于石墨颗粒表面，更容易与成膜剂、锂离子发生双电子反应过程。
步骤②：溶剂化的锂离子在溶剂的包裹下，从正极扩散至正在生成的SEI膜表层的B点
在电解液成分不变的情况下，升高温度，电解液粘度将降低，成膜剂、溶剂化锂离子在电解液中传输阻力将降低;同时温度升高时，电解液的电导率将提高，以上过程都将使得单位时间内，有更多的成膜剂及溶剂化锂离子到达活性物质颗粒表面的B点，从而影响B点的成膜反应过程。
步骤③：A点的电子通过电子隧道效应扩散至B点;此过程的速度，必定与已经形成的SEI膜的结构及组成有关
SEI膜越致密、有机组份比例越高，阻隔电子的效应越强，电子穿过相同距离的阻力越大。此时形成的SEI膜厚度会更小，不可逆反应的总量越低，锂电池的首次效率越高。
步骤④：跃迁至B点的电子与锂盐、溶剂化锂离子、成膜剂等反应，在原有SEI膜表层继续生成SEI膜
从而使得石墨颗粒表层SEI膜厚度不断增加，最终形成完整的SEI膜。次过程即自由碰撞、结合反应过程，温度越高，分子运动越快，发生碰撞的概率越高，反应速度越高，该步骤的阻力越小。
SEI概述
锂离子电池在首次充放电时，电解液中少量极性非质子溶剂在得到部分电子后发生还原反应，与锂离子结合反应生成一种厚度约100-120nm的界面膜，这个膜就是SEI。SEI通常形成于电极材料与电解液之间的固液相界面。
当锂离子电池开始充放电时锂离子从正极活物质中脱出，进入电解液穿透隔膜再进入电解液，最后再嵌入负极碳材料的层状空隙中，锂离子完成一个完整的脱嵌行为。此时，电子从正极沿外端回路出来，进入负极碳材料中。
SEI对碳负极锂电池性能的影响
第一、SEI于首次充放电间完成，形成伴随部分锂离子的消耗，锂离子被消耗造成的就是电池不可逆容量的增加，就降低了电极材料的充放电效率。
第二、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。部分电解液中有PC存在，PC容易共嵌入负极材料对电极材料造成破坏，而如果能在电解液中添加合适的外加剂促使SEI形成，则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。
第三、SEI允许锂离子通过而禁止电子通过，一方面保证了摇椅式充放电循环的持续，另一方面阻碍了锂离子的进一步消耗，提高了锂电池的使用寿命。
以上就是锂离子电池化成步骤和SEI膜的形成过程，化成完成后锂电池才能开始正常的充放电。不同荷电状态下，SEI膜的阻抗也不相同。负极满电状态时的SEI膜的阻抗高于放电状态，这是由插锂及脱锂过程中负极体积变化造成的。
