由于锂离子电池在电动汽车，后备电源，手机，笔记本电脑，智能手表和其他便携式电子产品等领域的广泛应用，近来锂离子电池受到越来越多的关注。电动汽车以获得更好的性能。降低锂电池性能和寿命的一个重要参数是 固体电解质界面（SEI）的发展，当我们开始使用锂电池时，这是一层牢固的固体层。该固体层的形成阻碍了电解质和电极之间的通道，严重影响了电池的性能。在本文中，我们将了解有关此固体电解质界面（SEI），其特性，如何形成的更多信息，还将讨论如何控制它以增加锂电池的性能和寿命。请注意，有些人也将固体电解质界面称为固体电解质界面相（SEI），这两个术语在整个研究论文中都可以互换使用，因此很难确定哪个是正确的术语。为了本文的目的，我们将坚持使用固体电解质界面。
锂离子电池：
在深入了解SEI之前，让我们对锂离子电池的基础知识进行一些修改，以便我们更好地理解该概念。如果您是电动汽车的新手，请在继续操作之前检查一下“所有您想了解的有关电动汽车电池的知识”以了解EV电池。
锂离子电池由阳极（负极），阴极（正极），电解质和隔板组成。
阳极：石墨，炭黑，钛酸锂（LTO），硅和石墨烯是一些最优选的阳极材料。最常见的是石墨，涂在用作阳极的铜箔上。石墨的作用是充当锂离子的存储介质。释放的锂离子可逆地插入在石墨中很容易完成，因为它的层结构松散。
阴极：在外壳上具有一个价电子的纯锂具有很高的反应性和不稳定性，因此可以在用作阴极的铝箔上涂覆稳定的锂金属氧化物。锂金属氧化物，例如锂镍锰钴氧化物（“ NMC”，LiNixMnyCozO2），锂镍钴铝氧化物（“ NCA”，LiNiCoAlO2），锂锰氧化物（“ LMO”，LiMn2O4），磷酸铁锂（“ LFP”，FeFe） ），氧化锂钴（LiCoO2，“ LCO”）用作阴极。
电解质：负电极和正电极之间的电解质必须是良好的离子导体和电子绝缘体，这意味着它必须允许锂离子并且在充电和放电过程中必须阻止电子通过它。电解质是有机碳酸酯溶剂（例如碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯）和锂离子盐（例如六氟磷酸锂（LiPF6），高氯酸锂（LiClO4），六氟砷酸锂一水合物（LiAsF6），三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）和锂的混合物四氟硼酸盐（LiBF4）。
隔板：隔板是电解液中的关键成分。它充当阳极和阴极之间的绝缘层，以避免它们之间的短路，同时在充电和放电期间允许锂离子从阴极到阳极，反之亦然。在锂离子电池中，大多数聚烯烃被用作隔板。
充电
在充电过程中，当我们跨电池连接电源时，通电的锂原子会在正极上产生锂离子和电子。这些锂离子穿过电解质并被存储在负极中，而电子则穿过外部电路。在放电过程中，当我们将外部负载连接到整个电池时，存储在负极中的不稳定锂离子会返回到正极的金属氧化物，并且电子会通过负载循环。在此，铝箔和铜箔充当集电器。
SEI的形成：
在锂离子电池中，对于第一次充电，由正极提供的锂离子的量小于在第一次放电后返回阴极的锂离子的数量。这是由于形成了SEI（固体电解质界面）。在最初的几个充电和放电循环中，当电解质与电极接触时，电解质中的溶剂在充电过程中伴随锂离子与电极反应并开始分解。这种分解导致形成LiF，Li 2 O，LiCl，Li 2 CO 3化合物。这些组分沉淀在电极上并形成称为固体电解质界面（SEI）的几纳米厚的层。 该钝化层保护电极免受腐蚀和电解质的进一步消耗，SEI的形成分两个阶段进行。
SEI形成的阶段：
SEI形成的第一阶段发生在锂离子包含在阳极中之前。在此阶段，形成不稳定且高电阻的SEI层。SEI层形成的第二阶段与锂离子在阳极上的嵌入同时发生。所得的SEI膜是多孔的，致密的，非均质的，对电子隧穿绝缘并且对锂离子具有导电性。一旦形成SEI层，它将阻止电解质通过钝化层到达电极。因此，它控制了电解质与锂离子，电极上的电子之间的进一步反应，从而限制了SEI的进一步增长。
SEI的重要性和影响
SEI层是电解质中最重要且最不为人所知的成分。虽然发现SEI层是偶然的，但是有效的SEI层对于电池的长寿命，良好的循环能力，高性能，安全性和稳定性至关重要。 SEI层的形成是设计电池以获得更好性能的重要考虑因素之一。电极上粘附良好的SEI通过防止电解液的进一步消耗保持良好的循环能力。适当调整SEI层的孔隙率和厚度可改善通过它的锂离子电导率，从而改善电池操作。
在不可逆的SEI层形成过程中，一定量的电解质和锂离子会永久消耗。因此，在SEI形成过程中消耗锂离子会导致容量永久性损失。随着许多重复的充电和放电循环，SEI会增长，这会导致电池阻抗增加，温度升高以及功率密度降低。
SEI的功能特性
SEI在电池中不可避免。但是，如果形成的层粘附在下面，则SEI的影响可以最小化
- 它必须阻止电子与电解质的直接接触，因为来自电极的电子与电解质之间的接触会导致电解质的降解和还原。
- 它必须是良好的离子导体。它应允许电解质中的锂离子流向电极
- 它必须是化学稳定的，这意味着它不能与电解质反应并且应该不溶于电解质
- 它必须是机械稳定的 ，这意味着它应该具有较高的强度，以承受充放电循环期间的膨胀和收缩应力。
- 它必须在各种工作温度和电势下保持稳定性
- 它的厚度应该接近几纳米
SEI的控制
SEI的稳定和控制对于改善电池的性能和安全操作至关重要。电极上的ALD（原子层沉积）和MLD（分子层沉积）涂层控制SEI的生长。
由于电子传输速度慢，在电极上涂覆了9.9 eV带隙的Al 2 O 3（ALD涂层）控制并稳定了SEI的生长。这将减少电解质分解和锂离子消耗。以同样的方式，一种MLD涂层的铝醇盐可控制SEI层的堆积。这些ALD和MLD涂层可减少容量损失，提高库仑效率。