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一般来说,炭负极在含有添加剂的有机电解液(如PC基电解液)中可能有四种反应形式,首先是添加剂分子在电极界面还原形成SEI膜的反应(反应1),然后是溶剂分子与Li+共嵌入石墨层间的三元石墨层间化合物(GIC)的形成反应(反应2),接下来是溶剂分子在电极界面和石墨层间的还原反应(反应3),最后是Li+在石墨层间的嵌层反应(反应4)。上述各种反应形式发生的电位范围如图4-1所示。由图可见,为有效地抑制电解液的副反应(反应2和反应3),反应l必须具备适当的反应电位和足够的反应强度,添加剂的还原电位必须高于电解液组分的反应电位,且反应过程中形成的SEI膜必须能够有效地钝化电极界面。为了保证Li+嵌层反应的顺利进行,在掩盖反应2和反应3的同时,要求反应l的还原产物能有效钝化电极表面,并具有良好的电子绝缘性、导Li+性、稳定性和力学性能。从上述多个方面综合考虑,优选合适的成膜添加剂仍是近阶段锂离子电池有机电解液优化的重要研究方向之一。
饰膜机制是添加剂在电解液中不发生还原分解而在电极表面成膜,但这些添加剂具有很强的与锂离子螯合的性质,可以优先溶剂化电解液中的锂离子,有效隔离电解液中的锂离子与溶剂分子,从而抑制溶剂化锂离子嵌入石墨层间的现象,削弱了溶剂化锂离子到达电极界面发生还原反应的强度,使电极界面SEI膜在更加温和的条件下形成,达到优化SEI膜结构,改善电解液/炭负极相容性的目的。还有一些添加剂虽不与锂离子发生配合作用,但可以通过其它的方式削弱溶剂化锂离子在电极表面强烈的还原反应,同样达到优化炭负极表面的目的。
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