锂离子在电极界面的动力学特性影响因素

锂离子电池在放电的过程中，Li+从负极石墨中脱出，与溶剂分子结合后形成溶剂化的外壳，在电场的作用下向正极迁移，在正极的表面去溶剂化后嵌入到正极材料之中。提升锂离子电池的倍率性能关键是解决在这一过程中的限制环节，例如Li+在正负极界面的电荷交换过程相对于Li+在电解液中的扩散就属于速度较慢的限制环节，因此对Li+电荷交换的限制因素的深入分析对于提升锂离子电池的倍率性能具有至关重要的影响。

近日，美国陆军研究实验室的T. Richard Jow（[敏感词]作者，通讯作者）等人对Li+电荷交换过程的影响因素进行了详细的分析。Li+在电极表面的扩散主要受到两个过程的影响：1）去溶剂化过程；2）穿过SEI膜过程，在多数情况下Li+在SEI膜中的扩散都是限制环节。

我们以充电过程为例，作者认为Li+在负极一侧的反应可以分为以下几步：

1）溶剂化的Li+发生去溶剂化，形成Li+。

2）Li+穿过界面膜。

3）Li+在负极表面的到一个电子形成Li，并嵌入到石墨之中。

而在正极一侧的反应则分为如下的步骤：

4）Li+从LCO材料中脱出。

5）Li+穿过正极表面的界面膜。

6）Li+与电解液中的溶剂分子发生溶剂化。

在这些步骤中我们通常认为Li+在负极表面得电子，并嵌入到石墨之中，以及Li+在正极表面脱出的过程是非常迅速的，并非限制环节。而Li+去溶剂化和穿过界面膜的过程是比较慢的，因此容易成为限制环节。当然，Li在正、负极材料体相中的扩散是速度慢的，是重要的限制关节，但是Li在正负极材料体相中的扩散并不是本文的关注焦点。