Hva er pre-litiering?

For et fullt batteri vil SEI-filmen som dannes ved den negative elektrodegrensesnittet forbruke litiumionene som er deinterkalert fra den positive elektroden og redusere kapasiteten til batteriet. Hvis vi kan finne en annen litiumkilde utenfor det positive elektrodematerialet, slik at dannelsen av SEI-filmen forbruker litiumionene til den eksterne litiumkilden, slik at litiumionene som er deinterkalert fra den positive elektroden ikke vil gå til spille i dannelsesprosessen, og til slutt kan det fulle batteriet forbedres. kapasitet. Denne prosessen med å tilveiebringe en ekstern litiumkilde er pre-litiering.

Kunnskapsvindu: Kjernen i pre-litium er å finne en ekstern litiumkilde, slik at hele batteriet kan omdannes til litiumioner som forbruker litiumionene fra den eksterne litiumkilden i stedet for litiumionene som deinterkaleres av de positive elektrode, for å beholde litiumionene deinterkalert av den positive elektroden i størst grad. Og øk hele batterikapasiteten.

Flere pre-lithiation metoder er introdusert nedenfor for å gi deg en bedre forståelse av denne teknologien.

1. Den negative elektrodeformasjonsmetoden på forhånd

Når det fulle batteriet er dannet, vil litiumionene som deinterkaleres fra den positive elektroden bli forbrukt. Hvis vi kan få den negative elektroden til å skille, og deretter sette den sammen med den positive elektroden etter at den negative elektroden danner en SEI-film, kan den unngå tap av litiumioner på den positive elektroden og forbedre den generelle ytelsen betydelig. Den første effektiviteten og kapasiteten til batteriet. Utvilsomt er nøkkeltrinnet her den separate dannelsen av den negative elektroden, den negative elektrodeplaten og litiumplaten er nedsenket i elektrolytten og koblet til en ekstern krets for lading. På denne måten kan det sikres at litiumionene som forbrukes under dannelsen kommer fra metalllitiumplater i stedet for den positive elektroden. Etter at det negative elektrodearket er dannet,

Fordelen med denne pre-litieringsmetoden er at den kan simulere normaliseringsprosessen maksimalt, og samtidig sikre at formasjonseffekten til SEI-filmen er lik den for full batteri. Imidlertid er de to prosessene med preformasjon av negative elektrodeplater og sammenstilling av positive og negative elektrodeplater for vanskelige å betjene.

2. Metode for spraying av litiumpulver

med negativ elektrode Siden det er vanskelig å bruke det negative elektrodearket til å danne litiumtilskudd alene, har folk tenkt på metoden for tilskudd av litium med direkte spraying av litiumpulver på det negative elektrodeelektrodearket.

Først bør en stabil metalllitiumpulverpartikkel produseres. Det indre laget av partikkelen er metalllitium, og det ytre laget er et beskyttende lag med god litiumionledningsevne og elektronisk ledningsevne. I pre-litieringsprosessen blir litiumpulveret først dispergert i et organisk løsningsmiddel, og deretter sprayes dispersjonen på det negative elektrodearket, og deretter tørkes det gjenværende organiske løsningsmiddelet på det negative elektrodearket, og oppnår dermed et negativt elektrodeark. med fullført pre-litiering. Etterfølgende monteringsarbeid er i samsvar med normal prosess.

Under dannelsen vil litiumpulveret som sprayes på den negative elektroden bli konsumert i dannelsen av SEI-filmen, for å maksimere retensjonen av litiumioner som er deinterkalert fra den positive elektroden og forbedre kapasiteten til det fulle batteriet.

Ulempen med å bruke denne pre-litieringsmetoden er at det er vanskelig å garantere sikkerheten, og kostnadene for material- og utstyrstransformasjon er høye.

3. Negativ trelags elektrodemetode

På grunn av begrensningene til utstyr og prosesser, er høykostnadstransformasjon for pre-litiering ikke en prioritet for batterifabrikker. Hvis pre-litiering kan fullføres på en måte som batterifabrikkene er kjent med, vil populariseringen bli kraftig forbedret. Tre-lags elektrodemetoden nevnt nedenfor gjør driften av batterifabrikken enklere. Kjernen i tre-lags elektrodemetoden ligger i behandlingen av kobberfolien. Sammenlignet med vanlig kobberfolie, er kobberfolien til trelagselektrodemetoden belagt med metalllitiumpulveret som kreves for den senere formasjonen. For å beskytte litiumpulveret fra å reagere med luften, er det belagt med Et beskyttende lag påføres; den negative elektroden er direkte belagt på det beskyttende laget. Etter at cellen er fylt med væske, det beskyttende laget vil løse seg opp i elektrolytten, slik at metalllitiumet er i kontakt med den negative elektroden, og litiumionene som forbrukes ved dannelsen av SEI-filmen under dannelsen suppleres av metalllitiumpulveret. Bildet av elektroden etter lading er som følger: Denne metoden har ikke strenge krav til prosessforholdene til batterifabrikken, men stabiliteten til det beskyttende laget ved polstykket omspoling og avvikling, rulling, skjæring og andre stasjoner er en stor utfordring for forskning og utvikling av elektrodematerialer Det er også vanskelig å sikre adhesjonen til det negative elektrodematerialet etter at metalllitiumpulveret forsvinner. og litiumionene som forbrukes ved dannelsen av SEI-filmen under dannelsen suppleres av metalllitiumpulveret. Bildet av elektroden etter lading er som følger: Denne metoden har ikke strenge krav til prosessforholdene til batterifabrikken, men stabiliteten til det beskyttende laget ved polstykket omspoling og avvikling, rulling, skjæring og andre stasjoner er en stor utfordring for forskning og utvikling av elektrodematerialer Det er også vanskelig å sikre adhesjonen til det negative elektrodematerialet etter at metalllitiumpulveret forsvinner. og litiumionene som forbrukes ved dannelsen av SEI-filmen under dannelsen suppleres av metalllitiumpulveret. Bildet av elektroden etter lading er som følger: Denne metoden har ikke strenge krav til prosessforholdene til batterifabrikken, men stabiliteten til det beskyttende laget ved polstykket omspoling og avvikling, rulling, skjæring og andre stasjoner er en stor utfordring for forskning og utvikling av elektrodematerialer Det er også vanskelig å sikre adhesjonen til det negative elektrodematerialet etter at metalllitiumpulveret forsvinner.

3. Katode Li-rik materiale metode

De små partnerne som jobber i bedriften må ha dypt erfart at selv ting som kan lykkes under laboratorieforhold sannsynligvis vil være vanskelig å flytte til storskala produksjon av bedrifter. Transformasjonskostnadene for utstyr, kostnadene ved masseinnmating av materialer og kontrollkostnadene for prosessmiljøet kan alle bli dødelige skader som ikke kan fremmes av ny teknologi. For en bransje der prosessen og utstyret til litiumbatterier i utgangspunktet er modne, vil pre-lithiation-løsningen som bedrifter foretrekker definitivt være en metode som kan markedsføres direkte uten å gjøre for mange endringer på stedet eller til og med overta den. Katode-litiumrike materialmetoden oppfyller akkurat behovene til batterifabrikker i denne forbindelse.

Når den første effekten av den negative elektroden er lavere enn den positive elektroden, vil for mange litiumioner gå tapt til den negative elektroden under dannelsen, noe som resulterer i at det effektive rommet til den positive elektroden ikke kan underfylles av litiumioner etter utladning, resulterer i sløsing med den positive elektrode-litium-innleggsplassen. Hvis en liten mengde litiumbelagt materiale med høy kapasitet tilsettes den positive elektroden, kan det ikke bare gi flere litiumioner for dannelsen av SEI-filmen under kjemisk syntese, men trenger heller ikke å bekymre deg for at det litiumbelagte materialet ikke kan interkalere litium igjen under utladning (fordi det å konsumere alle litiumionene fra det litiumrike materialet), er det ikke det beste fra begge verdener?

For tiden er et typisk lithiert materiale Li5FeO4, som har en gramkapasitet på opptil 700mAh/g. Hvert molekyl kan frigjøre fire Li+ under dannelsen. Ligningen er som følger:

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

Reaksjonen ovenfor er ikke så reversibel som delithiation av den positive elektroden for Li-ion-batterier, siden O2 som genereres i reaksjonen blir utladet fra batteriet sammen med avgassingen. Men på grunn av den høye gramkapasiteten til litiumrike materialer, kan tilsetning av en liten andel av dem i den positive elektroden supplere nok ekstra litiumioner for negativ polarisering. Derfor, så lenge stabiliteten til produktet LiFeO2 i elektrolytten er sikret, kan det forbedre hele batteriet. kapasitetens rolle.

I den spesifikke implementeringen av denne planen, hvis prosessen med å blande og belegge Li5FeO4 med det positive aktive materialet blir utforsket, vil det tillate batterifabrikken å fullføre pre-lithieringen uten noen utstyrsmodifikasjoner, noe som virker dumt. Denne typen operasjon er ofte favoritten til bedrifter.

De ulike metodene for pre-litiering er introdusert her. Det skal bemerkes at de forskjellige pre-litieringsmetodene nevnt ovenfor er rettet mot det fulle batteriet hvis negative elektrode første effektivitet er lavere enn den positive elektroden. . For batterier med lavere positiv første effekt er metoden ovenfor i utgangspunktet ubrukelig, fordi den første effekten av det fulle batteriet begrenses av det faktum at det ikke lenger er nok plass til litiuminnsetting etter at den positive elektroden er ladet, selv om den eksterne litium er supplert, kan det ikke bygges inn den positive elektroden og har dermed ingen effekt.