JECS | 综述：SEI 的过去、现在和未来

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Review—SEI: Past, Present and Future，Journal of the Electrochemical Society，doi: 10.1149/2.1441707jes 。E. Peled，S. Menkin，以色列特拉维夫大学。

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在非水碱金属电池，特别是锂电池和锂离子电池中，固体电解质界面（solid electrolyte interphase，SEI）是一个基础且重要的模型。在提出 SEI 模型之前，人们通常认为电极与电解质溶液中的锂离子之间存在直接电子转移过程，使用Butler-Volmer 方程处理这一问题。 SEI 模型的提出纠正了这一错误观念，增进了研究者对电池系统的认识。这篇文章主要讨论了SEI 的形成、组分和特性，具体而言涉及多种电池体系。

作者首先讨论了SEI 的形成和结构。当碱金属浸入电解质溶液时，或在浸入电解液的碳基和惰性电极上加负电压时，电极表面形成SEI。电极表面的盐、溶剂和杂质发生多种相互竞争的还原反应（图1）。一般而言，盐类在电极表面还原产生LiF、LiCl、Li₂O 等无机物，随后溶剂发生还原反应、形成不溶的Li₂CO₃ 和部分溶解的准碳酸盐和聚合物，（图2、图3）因此一般认为其大致由靠近电极的致密无机层和靠近溶液的松散有机层组成，锂离子通过点缺陷和晶界穿过SEI；实际上 SEI 的结构要远远比这种两层模型更复杂。

对于碳电极而言，锂离子电池首次充电时，由于SEI 的形成导致不可逆的容量损失（Q_IR）。对于碱金属负极，由于锂的标准还原电势较溶剂化电子系统要更负（对于钠钾钙可能同理），因此将碱金属浸入电解液后应该会形成蓝色的溶剂化电子溶液，足以还原溶剂分子和阴离子；即使电解液足够稳定，这一溶剂化电子会扩散至正极发生反应，导致自放电。正是由于SEI 的存在，这一过程才得以避免，稳定的电池体系因而得以实现。另外，SEI 具有自修复的特性：SEI会发生破损，在破损处电解液被还原形成新的SEI。这一现象对于硅负极来说是不利的：由于硅在充放电过程中体积变化巨大，因此SEI 不断破损又不断形成，导致其库仑效率特别低。（图6）

在这篇文章中，作者综述了多种体系中的SEI 研究，包括：惰性电极、锂金属、高分子和凝胶电解质、碳基负极、人工SEI、钠离子电池、钙/镁离子电池、硅负极、锡和氧化锡负极、锂-硫电池中的锂负极、正极SEI。

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图1 碳上SEI 结构形成示意图。

图2 SEI 的多相结构示意图

图3 石墨上SEI 结构图示

图6 硅负极SEI 面临的问题

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