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电池SEI的产生对锂离子电池的电化学性能有着重大影响。一方面，电池SEI的形成消耗了部分锂离子，这增加了第一次充电和放电的不可逆容量，并降低了电极材料的充电和放电效率。

电池SEI不溶于有机溶剂。那么，如此重要的电池SEI究竟是什么呢？为什么锂离子电池阳极表面会产生电池SEI？电池SEI生成的具体步骤是什么？发电电池SEI的具体结构是什么？这篇文章将帮助你理解。

 

1.什么是电池SEI

在液体锂离子电池的第一次充电和放电过程中，电解质在电极的固液界面发生反应，形成覆盖电极材料表面的钝化层。

 

 

该钝化层是一种界面层，具有固体电解质、电子绝缘体的特性，但却是锂离子的优良导体。锂离子可以通过这个钝化层自由嵌入和去除，因此这个钝化层被称为固体电解质界面，简称电池SEI。

 

2.为什么在阳极上形成电池SEI

我们使用分子轨道理论来解释电池SEI的形成，这是十大锂离子电池阳极材料公司长期以来一直在研究的问题。首先弄清楚HOMO、LUMO和费米能级是什么。HOMO和LUMO分别指最高被占据的分子轨道和最低未被占用的分子轨道。

根据正向线轨道理论，这两者统称为正向线轨道，正向线轨道中的电子称为正向线电子。

 

● 前线轨道理论

钼中存在与单个原子的“价电子”相似的电子

 

 

HOMO是指其自身电子占据的最高能级轨道，HOMO越高，其对自身电子的约束力越弱，越容易失去电子。

 

● 费米能级

费米能级是电子在绝对零度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移除所有的费米子。

然后，这些费米子根据某些规则被填充到每个被占用的量子态中，并且在填充过程中，每个费米子占据最低的被占用量子态。最后一个费米子所占据的量子态可以大致理解为费米能级。

也就是说，想象你有一袋苹果（电子），面前有一个长楼梯（能量带），然后你从最底层的台阶（能级）向上走。每一步（能级），将两个苹果（电子）放在这一步的顶部，并继续进行，直到完成。你现在所处的舞台

 

 

以lifepo4电池的石墨阳极为例，在开始形成之前，石墨的电势位于电解质的电化学稳定窗口之间，因此阳极处不会产生电池SEI。

在形成之初，锂离子被外部电压驱动到负表面。此时，锂离子电势非常负，并且在电解质的电化学稳定性窗口之外，因此产生电池SEI的反应将开始。

 

4.电池SEI生成的具体步骤

锂离子电池形成过程中的SEI电池形成过程由四个步骤组成：

电子从集电体导电剂阳极材料颗粒转移到要形成的SEI电池。

溶剂化的锂离子在溶剂的封装下从阴极扩散到发电电池SEI的表面。

电子通过电子隧穿效应扩散。

 

 

同时，由于价电子所做的功和电流产生的焦耳热，载流子定向运动产生的霍尔电场也增加了价电子的能态。在三个因素的影响下，绝缘层的价电子能态增加，局部态变为自由态，从而参与电流的携带。

在整个形成过程中，内部无机层继续生长并保持粗糙的界面，而外部有机层保持多孔的结构特征。因此，SEI电池的初始形成分为两个过程：

电解质在电极表面分解，形成具有无机物质内层和有机物质外层的双层多孔SEI电池。

电解质穿透电池SEI的孔隙并继续分解，使得电池SEI继续生长。

 

 

另一方面，它假设每个组分构成纯微相，并且电池SEI是不同微相的镶嵌组件。如下图所示，内层主要是高密度无机层，外层主要是低密度有机层。

当生成完整的电池SEI时，对于镶嵌模型，认为阳极充电过程可以在微观水平上分为四个顺序步骤。

溶解的锂离子扩散到电解质中。

锂离子通过破坏溶剂化的壳层而被解溶。

Li离子在电池SEI上扩散。

锂离子在阳极材料中的扩散，伴随着阳极材料晶格的电子转移和重排。

 

6.结论

覆盖电极材料表面的无源层是电池SEI。它可以在有机电解质溶液中稳定，并且溶剂分子不能通过该层钝化，这可以有效地防止溶剂分子的共包埋。它避免了溶剂分子共同嵌入电极材料中造成的损坏，从而大大提高了锂离子电池的循环性能和使用寿命。