Independientemente de si es una celda completa o media celda, el rendimiento de la primera carga y descarga será significativamente diferente de los ciclos posteriores. El parámetro de descripción de esta característica es la primera eficiencia.
La discusión de la primera eficiencia debe dividirse en medias celdas y celdas completas; y un importante esquema de mejora de la primera eficiencia: la prelitiación.

Una vez que se completa la media celda del material del electrodo positivo (el material del electrodo positivo es el electrodo positivo y la lámina de litio metálica es el electrodo negativo), primero pasa por un ciclo de carga y descarga: durante el proceso de carga, los iones de litio se desintercalan del electrodo positivo y precipitado sobre la lámina de litio de metal del electrodo negativo. ; Durante la descarga, la hoja de metal de litio pierde electrones para formar iones de litio y pasa a través del electrolito y luego se intercala en el electrodo positivo.

Tomemos como ejemplo los datos de media celda de óxido de cobalto y litio. La primera capacidad de carga de la media celda es ligeramente superior a la primera capacidad de descarga. Es decir, el 100% de los iones de litio desintercalados del electrodo positivo durante la carga no vuelven al electrodo positivo durante la descarga. La primera capacidad de descarga/primera capacidad de carga es la primera eficiencia de esta media celda.

No solo el óxido de cobalto y litio, sino también otros materiales de cátodo comunes como el ternario, el fosfato de hierro y litio, etc., las semiceldas también tienen el fenómeno de "capacidad de primera descarga < capacidad de primera carga". La primera eficiencia del ternario es la más baja, generalmente 85~ 88%; el óxido de cobalto y litio es el segundo, generalmente 94~96%; El fosfato de hierro y litio es ligeramente más alto que el óxido de cobalto y litio, 95% ~ 97%.

Entonces, ¿a dónde va la capacidad perdida durante la primera carga y descarga? Para la semicelda del material del cátodo, la pérdida de capacidad se debe principalmente al cambio de la estructura del material después de la primera descarga: después de la primera descarga, la estructura del material del cátodo cambia debido a la delitiación, lo que reduce la posición de la intercalación del litio en el material. , y los iones de litio no pueden. Todo se vuelve a incrustar en el electrodo positivo durante la primera descarga, lo que resulta en una pérdida de capacidad.

Al igual que la semicelda de material catódico, la semicelda de material anódico también se ve afectada por la primera eficiencia. Tomando como ejemplo la semicelda de material de grafito, el material de grafito tiene un mayor potencial de inserción y desintercalación de iones de litio, por lo que es el electrodo positivo y la hoja de metal de litio es el electrodo negativo. Durante el primer ciclo, los iones de litio primero deben perder electrones de la lámina de litio (electrodo negativo) y luego intercalarse. Grafito (electrodo positivo), por lo que la media celda primero se descarga y luego se carga. La primera capacidad de carga de la media celda es significativamente menor que la primera capacidad de descarga, es decir, después de que los iones de litio llegan a la capa de grafito durante el proceso de descarga, no se desintercalan al 100% del grafito durante la carga posterior. ¿Dónde se consumen los iones de litio perdidos durante este período? Creo que los amigos con cierta base teórica pueden pensar en esta razón: cuando la media celda de grafito se descarga por primera vez, los iones de litio formarán una película SEI en la superficie del grafito antes de incrustarse en el grafito, y el litio los iones dedicados a la película SEI no se pueden recuperar durante la carga posterior. al electrodo negativo de la hoja de litio, resultando en la primera capacidad de descarga de la semicelda de grafito > la primera capacidad de carga. y los iones de litio dedicados a la película SEI no se pueden recuperar durante la carga posterior. al electrodo negativo de la hoja de litio, resultando en la primera capacidad de descarga de la semicelda de grafito > la primera capacidad de carga. y los iones de litio dedicados a la película SEI no se pueden recuperar durante la carga posterior. al electrodo negativo de la hoja de litio, resultando en la primera capacidad de descarga de la semicelda de grafito > la primera capacidad de carga.

Para los materiales de cátodo como el óxido de cobalto y litio y el ternario, la razón principal de la primera eficiencia es que la estructura del material ha cambiado después de la primera delitiación, lo que resulta en la falla de la intercalación de iones de litio al 100%. Para los ánodos a base de carbono, la primera eficiencia se debe principalmente a la formación de SEI.
Para los materiales de ánodo de grafito o mesofase comúnmente usados ​​actualmente, la primera eficiencia es generalmente entre 90 y 92%. Para el titanato de litio, un material que apenas forma una película SEI, la primera eficiencia mejorará significativamente, alrededor del 97%. Además, para los materiales de ánodo de carbono de silicio emergentes actuales, dado que la primera eficiencia del ánodo de carbono de silicio es solo del 50%, la primera eficiencia del ánodo de carbono de silicio disminuirá gradualmente con el aumento del contenido de silicio.

Conclusión La primera eficiencia de la media celda le ha presentado mucho. Independientemente del rendimiento de la media celda, lo que más nos importa es el rendimiento de la celda completa. Cuando los materiales positivos y negativos con las primeras características de eficiencia se combinan en una batería completa, ¿qué tipo de características mostrarán? La respuesta se dará a conocer en el próximo artículo.