Unabhängig davon, ob es sich um eine Vollzelle oder eine Halbzelle handelt, unterscheidet sich die Leistung des ersten Ladens und Entladens erheblich von den nachfolgenden Zyklen. Der Beschreibungsparameter für diese Eigenschaft ist der erste Wirkungsgrad.
Die Diskussion der ersten Effizienz sollte in Halbzellen und Vollzellen unterteilt werden; und ein wichtiges Verbesserungsschema für die erste Effizienz: Vorlithiierung.

Nachdem die positive Elektrodenmaterial-Halbzelle (das positive Elektrodenmaterial ist die positive Elektrode und das Lithiummetallblech die negative Elektrode) fertiggestellt ist, durchläuft sie zunächst einen Lade-Entlade-Zyklus: Während des Ladevorgangs werden Lithium-Ionen deinterkaliert von der positiven Elektrode und ausgefällt auf der negativen Elektrode metallisches Lithiumblech. ; Während der Entladung gibt das Lithiummetallblech Elektronen ab, um Lithiumionen zu bilden, passiert den Elektrolyten und interkaliert dann in die positive Elektrode.

Nehmen wir als Beispiel die Lithium-Kobaltoxid-Halbzellendaten. Die erste Ladekapazität der Halbzelle ist etwas höher als die erste Entladekapazität. Das heißt, 100 % der Lithiumionen, die während des Ladens von der positiven Elektrode deinterkaliert werden, kehren während des Entladens nicht zur positiven Elektrode zurück. Die erste Entladekapazität/erste Ladekapazität ist der erste Wirkungsgrad dieser Halbzelle.

Nicht nur Lithium-Cobalt-Oxid, sondern auch andere gängige Kathodenmaterialien wie ternäre Halbzellen, Lithium-Eisen-Phosphat etc. weisen ebenfalls das Phänomen „Erstentladekapazität < Erstladekapazität“ auf. Die erste Effizienz von ternären ist die niedrigste, im Allgemeinen 85 ~ 88 %; Lithiumkobaltoxid ist an zweiter Stelle, im Allgemeinen 94~96%; Lithiumeisenphosphat ist etwas höher als Lithiumkobaltoxid, 95% ~ 97%.

Wo bleibt also die verlorene Kapazität beim ersten Laden und Entladen? Bei der Kathodenmaterialhalbzelle wird der Kapazitätsverlust hauptsächlich durch die Änderung der Materialstruktur nach der ersten Entladung verursacht: Nach der ersten Entladung ändert sich die Kathodenmaterialstruktur aufgrund von Delithiierung, wodurch die Position der Lithiumeinlagerung im Material verringert wird , und Lithium-Ionen können dies nicht. Es wird während der ersten Entladung wieder vollständig in die positive Elektrode eingebettet, was zu einem Kapazitätsverlust führt.

Wie die Kathodenmaterialhalbzelle wird auch die Anodenmaterialhalbzelle von dem ersten Wirkungsgrad beeinflusst. Am Beispiel der Halbzelle aus Graphitmaterial hat das Graphitmaterial ein höheres Lithiumionen-Deinterkalations- und Einfügungspotential, so dass es die positive Elektrode ist und das Lithiummetallblatt die negative Elektrode ist. Während des ersten Zyklus müssen Lithium-Ionen zunächst Elektronen aus der Lithiumfolie (negative Elektrode) abgeben und dann interkalieren. Graphit (positive Elektrode), also wird die Halbzelle zuerst entladen und dann aufgeladen. Die Erstladekapazität der Halbzelle ist deutlich geringer als die Erstentladekapazität, dh nachdem die Lithium-Ionen beim Entladevorgang an die Graphitschicht gelangen, werden sie beim anschließenden Laden nicht zu 100 % aus dem Graphit deinterkaliert. Wo werden die verlorenen Lithium-Ionen in dieser Zeit verbraucht? Ich glaube, Freunden mit einer gewissen theoretischen Grundlage fällt dieser Grund ein: Wenn die Graphithalbzelle das erste Mal entladen wird, bilden die Lithium-Ionen einen SEI-Film auf der Graphitoberfläche, bevor sie in den Graphit und das Lithium eingebettet werden Ionen, die dem SEI-Film zugeordnet sind, können während des nachfolgenden Ladens nicht zurückgewonnen werden. an die negative Elektrode des Lithiumblechs, wodurch die erste Entladekapazität der Graphithalbzelle > die erste Ladekapazität ist. und die dem SEI-Film zugeordneten Lithiumionen können während des nachfolgenden Ladens nicht zurückgewonnen werden. an die negative Elektrode des Lithiumblechs, wodurch die erste Entladekapazität der Graphithalbzelle > die erste Ladekapazität ist. und die dem SEI-Film zugeordneten Lithiumionen können während des nachfolgenden Ladens nicht zurückgewonnen werden. an die negative Elektrode des Lithiumblechs, wodurch die erste Entladekapazität der Graphithalbzelle > die erste Ladekapazität ist.

Bei Kathodenmaterialien wie Lithiumkobaltoxid und ternär ist der Hauptgrund für die erste Effizienz, dass sich die Struktur des Materials nach der ersten Delithiierung geändert hat, was zum Ausfall der 100%igen Lithiumionen-Interkalation führt. Bei kohlenstoffbasierten Anoden wird die erste Effizienz hauptsächlich durch die Bildung von SEI verursacht.
Für die derzeit gebräuchlichen Graphit- oder Mesophasen-Anodenmaterialien liegt der erste Wirkungsgrad im Allgemeinen zwischen 90 und 92 %. Für Lithiumtitanat, ein Material, das kaum einen SEI-Film bildet, wird die erste Effizienz deutlich verbessert, etwa 97 %. Da die erste Effizienz der Silizium-Kohlenstoff-Anode nur 50 % beträgt, nimmt die erste Effizienz der Silizium-Kohlenstoff-Anode bei den gegenwärtig aufkommenden Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien mit zunehmendem Siliziumgehalt allmählich ab.

Fazit Die erste Effizienz der Halbzelle hat Ihnen so viel gebracht. Unabhängig von der Leistung der Halbzelle liegt uns am meisten die Leistung der Vollzelle am Herzen. Wenn die positiven und negativen Materialien mit den ersten Effizienzeigenschaften zu einer vollständigen Batterie kombiniert werden, welche Art von Eigenschaften werden sie zeigen? Die Antwort wird im nächsten Artikel verraten.