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锂电工程师经常遇到的石墨负极在PC基电解液中的失效或不兼容机理解释

锂电工程师经常遇到的石墨负极在PC基电解液中的失效或不兼容机理解释 苏州三现电子科技有限公司
2025-02-19
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对于PC与石墨不兼容的原因,存在两种理论。

第一种理论是由Peled提出, Aurbach 等人发展的SEI膜相关的理论。在石墨负极首次电化学嵌锂前,电解液在石墨表面还原分解形成钝化层,即SEI膜。有效SEI膜的形成可以抑制电解液的进一步反应,并防止石墨结构的剥离。对于有效SEI膜的形成,电解液组分和石墨的材料特性都起着重要作用。在EC基电解液中,可以形成有效的SEI膜,使得锂离子能够在石墨层间可逆脱嵌。而对于结构与EC类似的PC,还原生成的SEI层保护效果差,并不断还原生成气态产物,破坏石墨电极,使其失效。 
另一种则是Besenhard提出的跟溶剂共嵌入相关的理论。如图所示:
Li+-PC共嵌入石墨的示意图和PC的双电子还原路径

当使用纯PC作为溶剂时,溶剂化的锂离子在插层过程中倾向于将PC分子拖入到石墨烯层间,PC分子在石墨层间发生双电子还原,生成Li2CO3和丙烯。丙烯气体在石墨层间使得石墨层膨胀,从而导致电极破坏。而至于PC发生共嵌入而EC不发生共嵌入的原因。通过DFT计算比较了PC和EC的Li+溶剂化能,发现PC的Li+溶剂化能更高,这使得Li+脱PC溶剂的过程变得更加困难。 而对于抑制PC的共嵌入,目前的解决方案主要围绕着电解液溶剂化结构的调整和有效SEI膜的形成展开。

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