在鋰離子電池中負(fù)極電勢(shì)較低，因此會(huì)導(dǎo)致電解液在其表面發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生的分解產(chǎn)物就成為了我們常說的SEI膜，SEI膜電子絕緣，但是能夠?qū)↙i+，因此良好的SEI膜能夠有效的抑制電解液的分解，提升鋰離子電池的循環(huán)壽命，但是SEI膜實(shí)際上并不能完全阻止電解液的分解，首先是由于初期的SEI膜較薄，因此部分電子還能夠擴(kuò)散到SEI膜的表面，導(dǎo)致電解液的繼續(xù)分解，隨著SEI膜的增厚電子擴(kuò)散的難度變的越來越大，因此SEI膜的生長(zhǎng)速度也會(huì)相應(yīng)的降低。其次，在負(fù)極嵌鋰過程中會(huì)發(fā)生體積膨脹導(dǎo)致SEI膜的破壞，新鮮的電極表面裸露出來從而導(dǎo)致電解液持續(xù)分解和SEI膜的持續(xù)生長(zhǎng)，因此在鋰離子電池循環(huán)過程中SEI膜會(huì)發(fā)生持續(xù)的生長(zhǎng)，導(dǎo)致負(fù)極厚度的增加，從而在電池內(nèi)部產(chǎn)生壓力。

從上面的分析不難看出SEI膜的生長(zhǎng)與電極內(nèi)部壓力的增加之間存在密切的關(guān)系，同時(shí)SEI膜的生長(zhǎng)也與鋰離子電池的可逆容量衰降之間存在密切的聯(lián)系，因此我們能否通過監(jiān)測(cè)鋰離子電池內(nèi)部壓力的變化來預(yù)測(cè)鋰離子電池壽命衰降呢？近日加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的A.J.Louli（第一作者）和J.R.Dahn（通訊作者）分析發(fā)現(xiàn)鋰離子電池持續(xù)增長(zhǎng)的壓力與可逆容量損失之間存在緊密的關(guān)聯(lián)，可以通過測(cè)量鋰離子電池的內(nèi)壓變化實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池容量衰降速度的預(yù)測(cè)。

Si負(fù)極在循環(huán)過程中體積膨脹比較大，對(duì)SEI膜的穩(wěn)定性提出了比較高的要求，眾多的研究表明電解液中添加部分FEC能夠很好的改善含Si負(fù)極的循環(huán)性能。下圖A展示了B和D兩種電池分別添加1%和10%FEC后的循環(huán)性能，能夠看到添加1%FEC的B電池在循環(huán)50次后開始出現(xiàn)跳水，而添加10%FEC的B電池在循環(huán)100次后仍然沒有出現(xiàn)突然的容量跳水。添加1%FEC的電池D在循環(huán)250次后容量開始出現(xiàn)跳水，但是添加10%FEC的電池D循環(huán)超過300次后仍然沒有出現(xiàn)顯著的容量跳水，這主要是由于添加FEC較少的電池在FEC添加劑逐漸消耗完后不能有效的阻止電解液的分解，因此導(dǎo)致電解液在負(fù)極表面的快速分解，消耗有限的活性Li。下圖B則展示了幾種電池循環(huán)過程中壓力的變化，可以看到添加1%FEC的電池B和D分別在各自容量開始出現(xiàn)跳水的循環(huán)次數(shù)壓力也呈現(xiàn)出指數(shù)型增長(zhǎng)，而添加10%FEC的電池在循環(huán)過程中壓力增加則相對(duì)比較平緩，沒有出現(xiàn)突然的快速增長(zhǎng)，這也與幾種電池的循環(huán)表現(xiàn)非常一致。

鋰離子電池衰降的預(yù)測(cè)分析通常需要借助復(fù)雜的模型或昂貴的設(shè)備，A.J.Louli通過簡(jiǎn)單的測(cè)量壓力數(shù)據(jù)，就實(shí)現(xiàn)對(duì)電池可逆容量的快速預(yù)測(cè)，不可逆壓力增加越慢的電池，循環(huán)性能通常也會(huì)越好，當(dāng)電池的壓力呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增加時(shí)通常意味著電池的容量即將出現(xiàn)跳水。