锂离子电池化成过程中SEI膜的形成过程,具体而言包括如下四个步骤: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;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SEI膜的成膜过程。
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(如下图所示,为某款电解液在不同温度下的粘度及导电率),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(如上篇文章所述:即相对更少的电子(因为此时成膜剂、溶剂化锂离子更多)聚集于石墨颗粒表面,更容易与成膜剂、锂离子发生单电子反应过程)。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,电池的首次效率越高。