¿Qué es la litiación previa?

Para una batería llena, la película SEI formada en la interfaz del electrodo negativo consumirá los iones de litio desintercalados del electrodo positivo y reducirá la capacidad de la batería. Si podemos encontrar otra fuente de litio fuera del material del electrodo positivo, de modo que la formación de la película SEI consuma los iones de litio de la fuente de litio externa, de modo que los iones de litio desintercalados del electrodo positivo no se desperdicien en el proceso de formación, y por ultimo se puede mejorar la bateria llena. capacidad. Este proceso de proporcionar una fuente de litio externa es pre-litiación.

Ventana de conocimiento: el núcleo de la litiación previa es encontrar una fuente de litio externa, de modo que toda la batería se pueda convertir en iones de litio que consuman los iones de litio proporcionados por la fuente de litio externa en lugar de los iones de litio que son desintercalados por el positivo electrodo, a fin de retener los iones de litio desintercalados por el electrodo positivo en la mayor medida. Y aumentar la capacidad total de la batería.

A continuación se presentan varios métodos previos a la litiación para brindarle una mejor comprensión de esta tecnología.

1. El método de formación de electrodos negativos por adelantado.

Cuando se forma la batería completa, se consumirán los iones de litio desintercalados del electrodo positivo. Si podemos hacer que el electrodo negativo se separe y luego ensamblarlo con el electrodo positivo después de que el electrodo negativo forme una película SEI, puede evitar la pérdida de iones de litio en el electrodo positivo y mejorar en gran medida el rendimiento general. La primera eficiencia y capacidad de la batería. Sin duda, el paso clave aquí es la formación separada del electrodo negativo, la hoja de electrodo negativo y la hoja de litio se sumergen en el electrolito y se conectan a un circuito externo para cargar. De esta forma, se puede asegurar que los iones de litio consumidos durante la formación provengan de láminas metálicas de litio en lugar del electrodo positivo. Después de que se forma la hoja de electrodos negativos,

La ventaja de este método de litiación previa es que puede simular el proceso de normalización al máximo y, al mismo tiempo, garantizar que el efecto de formación de la película SEI sea similar al de la batería completa. Sin embargo, los dos procesos de preformación de láminas de electrodos negativos y el montaje de láminas de electrodos positivos y negativos son demasiado difíciles de operar.

2. Método de pulverización de polvo de litio con electrodo negativo

Dado que es difícil usar la hoja de electrodo negativo para formar suplementos de litio solo, la gente ha pensado en el método de suplemento de litio de pulverización directa de polvo de litio en la hoja de electrodo de electrodo negativo.

Primero, se debe producir una partícula de polvo de litio metálico estable. La capa interna de la partícula es litio metálico y la capa externa es una capa protectora con buena conductividad de iones de litio y conductividad electrónica. En el proceso de prelitiación, el polvo de litio se dispersa primero en un solvente orgánico, y luego la dispersión se rocía sobre la lámina de electrodos negativos, y luego se seca el solvente orgánico residual en la lámina de electrodos negativos, obteniendo así una lámina de electrodos negativos. con pre-litiación completada. El trabajo de montaje posterior es consistente con el proceso normal.

Durante la formación, el polvo de litio rociado sobre el electrodo negativo se consumirá en la formación de la película SEI, para maximizar la retención de iones de litio desintercalados del electrodo positivo y mejorar la capacidad de la batería completa.

La desventaja de usar este método de litiación previa es que es difícil garantizar la seguridad y el costo de transformación de materiales y equipos es alto.

3. Método de electrodo negativo de tres capas

Debido a las limitaciones de los equipos y procesos, la transformación de alto costo con el propósito de prelitiación no es una prioridad para las fábricas de baterías. Si la litiación previa se puede completar de una manera con la que las fábricas de baterías estén familiarizadas, la popularización mejorará en gran medida. El método de electrodos de tres capas que se menciona a continuación simplifica el funcionamiento de la fábrica de baterías. El núcleo del método de electrodos de tres capas radica en el tratamiento de la lámina de cobre. En comparación con la lámina de cobre normal, la lámina de cobre del método de electrodo de tres capas está recubierta con el polvo de litio metálico necesario para la formación posterior. Para evitar que el polvo de litio reaccione con el aire, se recubre con Se aplica una capa protectora; el electrodo negativo se recubre directamente sobre la capa protectora. Una vez que la celda se llena de líquido, la capa protectora se disolverá en el electrolito, de modo que el litio metálico esté en contacto con el electrodo negativo, y los iones de litio consumidos por la formación de la película SEI durante la formación se complementen con el polvo de litio metálico. La imagen del electrodo después de la carga es la siguiente: este método no tiene requisitos estrictos sobre las condiciones de procesamiento de la fábrica de baterías, pero la estabilidad de la capa protectora en las estaciones de rebobinado y desenrollado, enrollado, corte y otras de la pieza polar es un gran desafío para la investigación y el desarrollo de materiales de electrodos También es difícil garantizar la adhesión del material del electrodo negativo después de que desaparece el polvo de litio metálico. y los iones de litio consumidos por la formación de la película SEI durante la formación se complementan con el polvo de litio metálico. La imagen del electrodo después de la carga es la siguiente: este método no tiene requisitos estrictos sobre las condiciones de procesamiento de la fábrica de baterías, pero la estabilidad de la capa protectora en las estaciones de rebobinado y desenrollado, enrollado, corte y otras de la pieza polar es un gran desafío para la investigación y el desarrollo de materiales de electrodos También es difícil garantizar la adhesión del material del electrodo negativo después de que desaparece el polvo de litio metálico. y los iones de litio consumidos por la formación de la película SEI durante la formación se complementan con el polvo de litio metálico. La imagen del electrodo después de la carga es la siguiente: este método no tiene requisitos estrictos sobre las condiciones de procesamiento de la fábrica de baterías, pero la estabilidad de la capa protectora en las estaciones de rebobinado y desenrollado, enrollado, corte y otras de la pieza polar es un gran desafío para la investigación y el desarrollo de materiales de electrodos También es difícil garantizar la adhesión del material del electrodo negativo después de que desaparece el polvo de litio metálico.

3. Método de material rico en litio de cátodo

Los pequeños socios que trabajan en la empresa deben haber experimentado profundamente que incluso las cosas que pueden tener éxito en condiciones de laboratorio probablemente sean difíciles de trasladar a la producción a gran escala de las empresas. El costo de transformación del equipo, el costo de la entrada masiva de materiales y el costo de control del entorno de procesamiento pueden convertirse en lesiones fatales que las nuevas tecnologías no pueden promover. Para una industria en la que el proceso y el equipo de la batería de litio son básicamente maduros, la solución previa a la litiación que prefieren las empresas definitivamente será un método que se puede promocionar directamente sin hacer demasiados cambios en el sitio o incluso tomar el control. El método de material rico en litio de cátodo solo satisface las necesidades de las fábricas de baterías en este sentido.

Cuando el primer efecto del electrodo negativo es menor que el del electrodo positivo, se perderán demasiados iones de litio en el electrodo negativo durante la formación, lo que dará como resultado que el espacio efectivo del electrodo positivo no pueda llenarse por debajo de los iones de litio después de la descarga. resultando en un desperdicio del espacio de intercalación de litio del electrodo positivo. Si se agrega una pequeña cantidad de material litiado de alta capacidad en gramos al electrodo positivo, no solo puede proporcionar más iones de litio para la formación de la película SEI durante la síntesis química, sino que también no tiene que preocuparse de que el material litiado no pueda intercalarse. litio de nuevo durante la descarga (porque se consumen todos los iones de litio proporcionados por el material rico en litio), ¿no es lo mejor de ambos mundos?

En la actualidad, un material litiado típico es el Li5FeO4, que tiene una capacidad en gramos de hasta 700 mAh/g. Cada molécula puede liberar cuatro Li+ durante la formación. La ecuación es la siguiente:

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

La reacción anterior no es tan reversible como la delitiación del electrodo positivo de las baterías de iones de litio, ya que el O2 generado en la reacción se descarga fuera de la batería. junto con la desgasificación. Sin embargo, debido a la alta capacidad en gramos de los materiales ricos en litio, agregar una pequeña proporción de ellos en el electrodo positivo puede complementar suficientes iones de litio adicionales para la polarización negativa. Por lo tanto, siempre que se garantice la estabilidad del producto LiFeO2 en el electrolito, puede mejorar la carga de la batería. papel de la capacidad.

En la implementación específica de este plan, si se explora el proceso de composición y recubrimiento de Li5FeO4 con el material activo positivo, permitirá que la fábrica de baterías complete la litiación previa sin ninguna modificación del equipo, lo que parece una tontería. Este tipo de operación suele ser el favorito de las empresas.

Aquí se presentan los diversos métodos de litiación previa. Cabe señalar que los diversos métodos de prelitiación mencionados anteriormente están dirigidos a la batería completa cuya primera eficiencia del electrodo negativo es menor que la del electrodo positivo. . Para baterías con un primer efecto positivo más bajo, el método anterior es básicamente inútil, porque el primer efecto de la batería llena está limitado por el hecho de que ya no hay suficiente espacio para la inserción de litio después de que se carga el electrodo positivo, incluso si el externo se complementa con litio, no se puede incrustar el electrodo positivo y, por lo tanto, no tiene efecto.