بررسي الكتروشيميايي تشكيل لايه SEI در فرايند فرماسيون آند گرافيت طبيعي در باتري ليتيوم- يون

Electrochemical investigation of SEI layer in the formation process of natural graphite anode in Li-ion battery

لايه فصل مشترك الكتروليتي جامد (SEI) يك فيلم سطحي است كه از طريق تجزيه الكتروليت در باتري ليتيوم- يون روي سطح آند تشكيل مي‌شود. درك صحيح از فرايند تشكيل لايه SEI در آندهاي گرافيتي مي‌تواند ديد وسيع‌تري در خصوص غلبه بر چالش‌هاي مربوط به اين آندها ايجاد كند كه منجر به عملكرد شارژ/ دشارژ بهتر خواهد شد. در اين پژوهش آزمون‌هاي ولتامتري چرخه‌اي، طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي و آزمون شارژ/ دشارژ متوالي براي سل سكه‌اي آند گرافيتي به‌كار گرفته شده است تا فهم دقيقي از فرايند تشكيل فيلم SEI روي سطح آند گرافيت به دست آيد. نتايج آزمون ولتامتري چرخه‌اي نشان مي‌دهد كه بخش اعظم لايه SEI در چرخه اول تشكيل مي‌گردد و با ادامه چرخه‌هاي ولتامتري لايه SEI به پايداري مي‌رسد. بررسي‌هاي امپدانس الكتروشيميايي نشان مي‌دهد كه مقاومت انتقال بار (Rct) آند گرافيت پس از چرخه‌هاي الكتروشيميايي از Ω122 به Ω 28/5 كاهش يافته است كه اين موضوع نشان‌دهنده تسهيل فرايند انتقال بار پس از تشكيل لايه SEI مي‌باشد. نتايج آزمون شارژ/ دشارژ متوالي سل سكه‌اي آند گرافيت نيز نشان مي‌دهد كه مقدار ظرفيت غيربرگشت‌پذير در چرخه اول (كه صرف تشكيل لايه SEI شده) به مراتب بيشتر از مقدار ظرفيت غيربرگشت‌پذير در چرخه‌هاي بعدي است. با توجه به آن‌كه پس از چرخه دوم، لايه SEI تقريباً به پايداري رسيده است، مي‌توان گفت روش فرماسيون يك سل ليتيوم- يوني با آند گرافيت مي‌تواند در دو چرخه شارژ/ دشارژ انجام پذيرد.

The solid electrolyte interphase (SEI) is a passivating film that is formed on the anode surface by electrolyte decomposition in a lithium ion battery. The proper understanding of the SEI formation process on the graphite anodes can create a wider view to overcome the challenges associated with these anodes, which lead to better cyclic performance. In this research, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic charge/ discharge tests were used for graphite anode coin cell to obtain a perfect understanding of SEI formation process on the surface of graphite anode. The results of cyclic voltammetry test indicate that the large part of SEI layer is formed in the first cycle and the SEI will be stable by continued voltammetric cycles. The electrochemical impedance studies show that the charge transfer resistance (Rct) of graphite anode decreases from 122 Ω to 62.5 Ω after electrochemical cycles, which indicates the facility of the charge transfer process after the formation of the SEI layer. The results of cyclic charge/ discharge test also represent that the irreversible capacity of first cycle is consumed to form the SEI, and the reversibility has been sustained after the subsequent charge / discharge cycles.