O que é pré-litiação?

Para uma bateria cheia, o filme SEI formado na interface do eletrodo negativo consumirá os íons de lítio desintercalados do eletrodo positivo e reduzirá a capacidade da bateria. Se pudermos encontrar outra fonte de lítio fora do material do eletrodo positivo, de modo que a formação do filme SEI consuma os íons de lítio da fonte de lítio externa, de modo que os íons de lítio desintercalados do eletrodo positivo não sejam desperdiçados no processo de formação, e finalmente a bateria completa pode ser melhorada. capacidade. Este processo de fornecer uma fonte externa de lítio é pré-litiação.

Janela de conhecimento: O núcleo da pré-litiação é encontrar uma fonte externa de lítio, para que toda a bateria possa ser convertida em íons de lítio que consomem os íons de lítio fornecidos pela fonte externa de lítio em vez dos íons de lítio que são desintercalados pelo positivo eletrodo, de modo a reter ao máximo os íons de lítio desintercalados pelo eletrodo positivo. E aumente a capacidade total da bateria.

Vários métodos de pré-litiação são apresentados abaixo para lhe dar uma melhor compreensão desta tecnologia.

1. O método de formação de eletrodo negativo com antecedência

Quando a bateria estiver cheia, os íons de lítio desintercalados do eletrodo positivo serão consumidos. Se pudermos separar o eletrodo negativo e montá-lo com o eletrodo positivo após o eletrodo negativo formar um filme SEI, isso pode evitar a perda de íons de lítio no eletrodo positivo e melhorar muito o desempenho geral. A primeira eficiência e capacidade da bateria. Sem dúvida, o passo chave aqui é a formação separada do eletrodo negativo, a folha de eletrodo negativo e a folha de lítio são imersas no eletrólito e conectadas a um circuito externo para carregamento. Desta forma, pode-se garantir que os íons de lítio consumidos durante a formação venham de folhas de lítio metálico em vez do eletrodo positivo. Depois que a folha de eletrodo negativo é formada,

A vantagem deste método de pré-litiação é que ele pode simular o processo de normalização ao máximo e, ao mesmo tempo, garantir que o efeito de formação do filme SEI seja semelhante ao da bateria completa. No entanto, os dois processos de pré-formação de folhas de eletrodos negativos e a montagem de folhas de eletrodos positivos e negativos são muito difíceis de operar.

2. Método de pulverização de pó de lítio com eletrodo negativo

Uma vez que é difícil usar a folha de eletrodo negativo para formar a suplementação de lítio sozinha, as pessoas pensaram no método de suplementação de lítio de pulverizar diretamente o pó de lítio na folha de eletrodo negativo.

Primeiro, uma partícula de pó de lítio metálico estável deve ser produzida. A camada interna da partícula é de lítio metálico e a camada externa é uma camada protetora com boa condutividade de íons de lítio e condutividade eletrônica. No processo de pré-litiação, o pó de lítio é primeiro disperso em um solvente orgânico e, em seguida, a dispersão é pulverizada na folha de eletrodo negativo e, em seguida, o solvente orgânico residual na folha de eletrodo negativo é seco, obtendo-se assim uma folha de eletrodo negativo com pré-litiação concluída. O trabalho de montagem subsequente é consistente com o processo normal.

Durante a formação, o pó de lítio pulverizado no eletrodo negativo será consumido na formação do filme SEI, de modo a maximizar a retenção de íons de lítio desintercalados do eletrodo positivo e melhorar a capacidade da bateria completa.

A desvantagem de utilizar este método de pré-litiação é que é difícil garantir a segurança e o custo de transformação de materiais e equipamentos é alto.

3. Método de eletrodo negativo de três camadas

Devido às limitações de equipamentos e processos, a transformação de alto custo para fins de pré-litiação não é prioridade para as fábricas de baterias. Se a pré-litiação puder ser concluída de uma maneira que as fábricas de baterias estejam familiarizadas, a popularização será bastante aprimorada. O método de eletrodo de três camadas mencionado abaixo simplifica a operação da fábrica de baterias. O núcleo do método do eletrodo de três camadas está no tratamento da folha de cobre. Em comparação com a folha de cobre normal, a folha de cobre do método de eletrodo de três camadas é revestida com o pó de lítio metálico necessário para a formação posterior. Para proteger o pó de lítio de reagir com o ar, ele é revestido com uma camada protetora; o eletrodo negativo é revestido diretamente na camada protetora. Depois que a célula estiver cheia de líquido, a camada protetora se dissolverá no eletrólito, de modo que o lítio metálico fica em contato com o eletrodo negativo, e os íons de lítio consumidos pela formação do filme SEI durante a formação são suplementados pelo pó de lítio metálico. A imagem do eletrodo após o carregamento é a seguinte: Este método não possui requisitos rigorosos sobre as condições de processamento da fábrica de baterias, mas a estabilidade da camada protetora no rebobinamento e desenrolamento da peça polar, laminação, corte e outras estações é um grande desafio para a pesquisa e desenvolvimento de materiais de eletrodo Também é difícil garantir a adesão do material de eletrodo negativo após o desaparecimento do pó de lítio metálico. e os íons de lítio consumidos pela formação do filme SEI durante a formação são suplementados pelo pó de lítio metálico. A imagem do eletrodo após o carregamento é a seguinte: Este método não possui requisitos rigorosos sobre as condições de processamento da fábrica de baterias, mas a estabilidade da camada protetora no rebobinamento e desenrolamento da peça polar, laminação, corte e outras estações é um grande desafio para a pesquisa e desenvolvimento de materiais de eletrodo Também é difícil garantir a adesão do material de eletrodo negativo após o desaparecimento do pó de lítio metálico. e os íons de lítio consumidos pela formação do filme SEI durante a formação são suplementados pelo pó de lítio metálico. A imagem do eletrodo após o carregamento é a seguinte: Este método não possui requisitos rigorosos sobre as condições de processamento da fábrica de baterias, mas a estabilidade da camada protetora no rebobinamento e desenrolamento da peça polar, laminação, corte e outras estações é um grande desafio para a pesquisa e desenvolvimento de materiais de eletrodo Também é difícil garantir a adesão do material de eletrodo negativo após o desaparecimento do pó de lítio metálico.

3. Método de material catódico rico em lítio

Os pequenos parceiros que trabalham na empresa devem ter experimentado profundamente que mesmo as coisas que podem ser bem-sucedidas em condições de laboratório provavelmente serão difíceis de mover para a produção em larga escala de empresas. O custo de transformação do equipamento, o custo da entrada em massa de materiais e o custo de controle do ambiente de processamento podem se tornar ferimentos fatais que não podem ser promovidos por novas tecnologias. Para uma indústria onde o processo e o equipamento da bateria de lítio são basicamente maduros, a solução de pré-litiação que as empresas preferem será definitivamente um método que pode ser promovido diretamente sem fazer muitas alterações no local ou mesmo assumir o controle. O método de material catódico rico em lítio atende às necessidades das fábricas de baterias a esse respeito.

Quando o primeiro efeito do eletrodo negativo é menor que o do eletrodo positivo, muitos íons de lítio serão perdidos para o eletrodo negativo durante a formação, resultando em que o espaço efetivo do eletrodo positivo não pode ser preenchido por íons de lítio após a descarga, resultando em um desperdício do espaço de intercalação de lítio do eletrodo positivo. Se uma pequena quantidade de material litiado de alta capacidade de grama for adicionada ao eletrodo positivo, ele pode não apenas fornecer mais íons de lítio para a formação do filme SEI durante a síntese química, mas também não precisa se preocupar que o material litiado não possa intercalar lítio novamente durante a descarga (porque o consumo de todos os íons de lítio fornecidos pelo material rico em lítio), não é o melhor dos dois mundos?

Atualmente, um material litiado típico é o Li5FeO4, que tem capacidade de grama de até 700mAh/g. Cada molécula pode liberar quatro Li+ durante a formação. A equação é a seguinte:

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

A reação acima não é tão reversível quanto a delitiação do eletrodo positivo para baterias de íon-lítio, pois o O2 gerado na reação é descarregado para fora da bateria juntamente com a desgaseificação. No entanto, devido à alta capacidade de grama dos materiais ricos em lítio, adicionar uma pequena proporção deles no eletrodo positivo pode suplementar íons de lítio extras suficientes para polarização negativa. Portanto, desde que a estabilidade do produto LiFeO2 no eletrólito seja garantida, ele pode melhorar a bateria completa. papel da capacidade.

Na implementação específica deste plano, se o processo de composição e revestimento do Li5FeO4 com o material ativo positivo for explorado, permitirá que a fábrica de baterias complete a pré-litiação sem qualquer modificação do equipamento, o que parece insensato. Esse tipo de operação costuma ser a preferida das empresas.

Os vários métodos de pré-litiação são apresentados aqui. Deve-se notar que os vários métodos de pré-litiação mencionados acima visam a bateria cheia cuja eficiência do primeiro eletrodo negativo é menor que a do eletrodo positivo. . Para baterias com um primeiro efeito positivo mais baixo, o método acima é basicamente inútil, porque o primeiro efeito da bateria cheia é limitado pelo fato de que não há mais espaço suficiente para inserção de lítio após o eletrodo positivo ser carregado, mesmo que o o lítio é suplementado, não pode ser incorporado ao eletrodo positivo e, portanto, não tem efeito.