Was ist Vorlithiierung?

Bei einer vollen Batterie verbraucht der an der Grenzfläche der negativen Elektrode gebildete SEI-Film die von der positiven Elektrode deinterkalierten Lithiumionen und reduziert die Kapazität der Batterie. Wenn wir eine andere Lithiumquelle außerhalb des positiven Elektrodenmaterials finden können, so dass die Bildung des SEI-Films die Lithiumionen der externen Lithiumquelle verbraucht, so dass die von der positiven Elektrode deinterkalierten Lithiumionen nicht im Bildungsprozess verschwendet werden, und schließlich kann die volle Batterie verbessert werden. Kapazität. Dieser Prozess der Bereitstellung einer externen Lithiumquelle ist die Vorlithiierung.

Wissensfenster: Der Kern der Vorlithiierung besteht darin, eine externe Lithiumquelle zu finden, damit die gesamte Batterie in Lithiumionen umgewandelt werden kann, die die von der externen Lithiumquelle bereitgestellten Lithiumionen verbrauchen, anstatt der Lithiumionen, die durch das Positive deinterkaliert werden Elektrode, um die von der positiven Elektrode deinterkalierten Lithium-Ionen weitestgehend zurückzuhalten. Und erhöhen Sie die volle Batteriekapazität.

Im Folgenden werden mehrere Vorlithiierungsmethoden vorgestellt, um Ihnen ein besseres Verständnis dieser Technologie zu vermitteln.

1. Das Verfahren zur Bildung der negativen Elektrode im Voraus

Wenn die volle Batterie gebildet ist, werden die von der positiven Elektrode deinterkalierten Lithiumionen verbraucht. Wenn wir die negative Elektrode separat herstellen und sie dann mit der positiven Elektrode zusammenbauen können, nachdem die negative Elektrode einen SEI-Film gebildet hat, kann dies den Verlust von Lithiumionen an der positiven Elektrode vermeiden und die Gesamtleistung erheblich verbessern. Die erste Effizienz und Kapazität der Batterie. Der Schlüsselschritt hier ist zweifellos die getrennte Bildung der negativen Elektrode, die negative Elektrodenfolie und die Lithiumfolie werden in den Elektrolyten eingetaucht und zum Aufladen an einen externen Stromkreis angeschlossen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die beim Formieren verbrauchten Lithium-Ionen nicht von der positiven Elektrode, sondern von metallischen Lithiumblechen stammen. Nachdem das Negativelektrodenblatt gebildet ist,

Der Vorteil dieses Pre-Lithiation-Verfahrens besteht darin, dass es den Normalisierungsprozess maximal simulieren kann und gleichzeitig dafür sorgt, dass der Bildungseffekt des SEI-Films dem der vollen Batterie ähnlich ist. Jedoch sind die zwei Prozesse der Vorbildung negativer Elektrodenblätter und des Zusammenbaus positiver und negativer Elektrodenblätter zu schwierig durchzuführen.

2.

Verfahren zum Aufsprühen von Lithiumpulver auf die negative Elektrode Da es schwierig ist, das Negativelektrodenblatt zu verwenden, um eine Lithiumergänzung allein zu bilden, haben die Leute an das Lithiumergänzungsverfahren gedacht, bei dem Lithiumpulver direkt auf das Elektrodenblatt der negativen Elektrode gesprüht wird.

Zunächst sollte ein stabiles Metall-Lithium-Pulver-Partikel hergestellt werden. Die innere Schicht des Partikels ist metallisches Lithium, und die äußere Schicht ist eine Schutzschicht mit guter Lithiumionenleitfähigkeit und elektronischer Leitfähigkeit. Bei dem Vorlithiierungsverfahren wird das Lithiumpulver zuerst in einem organischen Lösungsmittel dispergiert und dann wird die Dispersion auf das Negativelektrodenblatt gesprüht und dann wird das restliche organische Lösungsmittel auf dem Negativelektrodenblatt getrocknet, wodurch ein Negativelektrodenblatt erhalten wird mit abgeschlossener Vorlithiierung. Die anschließende Montage erfolgt im Einklang mit dem normalen Ablauf.

Während der Bildung wird das auf die negative Elektrode gesprühte Lithiumpulver bei der Bildung des SEI-Films verbraucht, um die Retention von aus der positiven Elektrode deinterkalierten Lithiumionen zu maximieren und die Kapazität der vollen Batterie zu verbessern.

Der Nachteil der Verwendung dieses Vorlithiierungsverfahrens besteht darin, dass es schwierig ist, die Sicherheit zu garantieren, und die Kosten für die Umwandlung von Material und Ausrüstung hoch sind.

3. Negatives Dreischichtelektrodenverfahren

Aufgrund der Einschränkungen von Ausrüstung und Prozessen hat eine kostenintensive Umwandlung zum Zweck der Vorlithiierung keine Priorität für Batteriefabriken. Wenn die Vorlithiierung auf eine Weise abgeschlossen werden kann, mit der Batteriefabriken vertraut sind, wird die Popularisierung erheblich gesteigert. Das unten erwähnte Dreischicht-Elektrodenverfahren vereinfacht den Betrieb der Batteriefabrik. Der Kern des Dreischicht-Elektrodenverfahrens liegt in der Behandlung der Kupferfolie. Im Vergleich zur normalen Kupferfolie ist die Kupferfolie des Dreischicht-Elektrodenverfahrens mit dem für die spätere Formation erforderlichen Metall-Lithium-Pulver beschichtet. Um das Lithiumpulver vor einer Reaktion mit der Luft zu schützen, wird es mit einer Schutzschicht beschichtet; die negative Elektrode ist direkt auf die Schutzschicht aufgetragen. Nachdem die Zelle mit Flüssigkeit gefüllt ist, die Schutzschicht löst sich im Elektrolyten auf, so dass das metallische Lithium in Kontakt mit der negativen Elektrode ist, und die durch die Bildung des SEI-Films während der Bildung verbrauchten Lithiumionen werden durch das metallische Lithiumpulver ergänzt. Das Bild der Elektrode nach dem Laden ist wie folgt: Dieses Verfahren stellt keine strengen Anforderungen an die Verarbeitungsbedingungen der Batteriefabrik, aber die Stabilität der Schutzschicht beim Auf- und Abwickeln des Polschuhs, Rollen, Schneiden und anderen Stationen ist eine große herausforderung für die forschung und entwicklung von elektrodenmaterialien Es ist auch schwierig, die Haftung des negativen Elektrodenmaterials sicherzustellen, nachdem das metallische Lithiumpulver verschwunden ist. und die durch die Bildung des SEI-Films während der Bildung verbrauchten Lithiumionen werden durch das metallische Lithiumpulver ergänzt. Das Bild der Elektrode nach dem Laden ist wie folgt: Dieses Verfahren stellt keine strengen Anforderungen an die Verarbeitungsbedingungen der Batteriefabrik, aber die Stabilität der Schutzschicht beim Auf- und Abwickeln des Polschuhs, Rollen, Schneiden und anderen Stationen ist eine große herausforderung für die forschung und entwicklung von elektrodenmaterialien Es ist auch schwierig, die Haftung des negativen Elektrodenmaterials sicherzustellen, nachdem das metallische Lithiumpulver verschwunden ist. und die durch die Bildung des SEI-Films während der Bildung verbrauchten Lithiumionen werden durch das metallische Lithiumpulver ergänzt. Das Bild der Elektrode nach dem Laden ist wie folgt: Dieses Verfahren stellt keine strengen Anforderungen an die Verarbeitungsbedingungen der Batteriefabrik, aber die Stabilität der Schutzschicht beim Auf- und Abwickeln des Polschuhs, Rollen, Schneiden und anderen Stationen ist eine große herausforderung für die forschung und entwicklung von elektrodenmaterialien Es ist auch schwierig, die Haftung des negativen Elektrodenmaterials sicherzustellen, nachdem das metallische Lithiumpulver verschwunden ist.

3. Kathoden-Li-reiches Materialverfahren

Die kleinen Partner, die im Unternehmen arbeiten, müssen tief erfahren haben, dass selbst Dinge, die unter Laborbedingungen erfolgreich sein können, wahrscheinlich nur schwer in die Großserienproduktion von Unternehmen überführt werden können. Die Umwandlungskosten von Ausrüstung, die Kosten des Masseninputs von Materialien und die Kontrollkosten der Verarbeitungsumgebung können alle zu tödlichen Verletzungen werden, die durch neue Technologien nicht gefördert werden können. Für eine Branche, in der der Prozess und die Ausrüstung von Lithiumbatterien grundsätzlich ausgereift sind, wird die von Unternehmen bevorzugte Vorlithiierungslösung definitiv eine Methode sein, die direkt gefördert werden kann, ohne zu viele Änderungen vor Ort vorzunehmen oder sie sogar zu übernehmen. Das kathodenlithiumreiche Materialverfahren erfüllt in dieser Hinsicht gerade die Bedürfnisse von Batteriefabriken.

Wenn die erste Wirkung der negativen Elektrode geringer ist als die der positiven Elektrode, gehen während der Bildung zu viele Lithiumionen an die negative Elektrode verloren, was dazu führt, dass der wirksame Raum der positiven Elektrode nach der Entladung nicht durch Lithiumionen unterfüllt werden kann. was zu einer Verschwendung des Lithium-Interkalationsraums der positiven Elektrode führt. Wenn der positiven Elektrode eine kleine Menge lithiiertes Material mit hoher Grammkapazität hinzugefügt wird, kann es nicht nur mehr Lithiumionen für die Bildung des SEI-Films während der chemischen Synthese bereitstellen, sondern muss auch nicht befürchten, dass das lithiierte Material nicht interkalieren kann Lithium wieder während der Entladung (weil das Verbrauchen aller Lithium-Ionen, die durch das lithiumreiche Material bereitgestellt werden), ist es nicht das Beste aus beiden Welten?

Ein derzeit typisches lithiiertes Material ist Li5FeO4, das eine Grammkapazität von bis zu 700 mAh/g hat. Jedes Molekül kann während der Bildung vier Li+ freisetzen. Die Gleichung lautet wie folgt:

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

Die obige Reaktion ist nicht so reversibel wie die Delithiierung der positiven Elektrode für Li-Ionen-Batterien, da das bei der Reaktion erzeugte O2 aus der Batterie entladen wird zusammen mit der Entgasung. Aufgrund der hohen Grammkapazität von lithiumreichen Materialien kann jedoch das Hinzufügen eines kleinen Anteils davon zur positiven Elektrode genügend zusätzliche Lithiumionen für die negative Polarisierung ergänzen. Solange die Stabilität des Produkts LiFeO2 im Elektrolyten gewährleistet ist, kann es daher die volle Batterie verbessern. Rolle der Kapazität.

Wenn bei der konkreten Umsetzung dieses Plans der Prozess des Compoundierens und Beschichtens von Li5FeO4 mit dem positiven aktiven Material untersucht wird, wird es der Batteriefabrik ermöglichen, die Vorlithiierung ohne jegliche Ausrüstungsänderung abzuschließen, was dumm erscheint. Diese Art des Betriebs ist oft der Favorit von Unternehmen.

Hier werden die verschiedenen Methoden der Vorlithiierung vorgestellt. Es ist anzumerken, dass die verschiedenen oben erwähnten Vorlithiierungsverfahren auf die volle Batterie abzielen, deren erste Effizienz der negativen Elektrode niedriger ist als die der positiven Elektrode. . Bei Akkus mit geringerem positivem First-Effekt ist obiges Verfahren grundsätzlich nutzlos, da der First-Effect des vollen Akkus dadurch begrenzt ist, dass nach dem Aufladen der positiven Elektrode nicht mehr genügend Platz für die Lithium-Insertion vorhanden ist, auch wenn die externe Wird Lithium ergänzt, kann es die positive Elektrode nicht einbetten und hat somit keine Wirkung.