預鋰化技術在鋰電池中有多重要

時間:2022-04-06 10:40來源:金浪鋰電展 作者:綜合報道
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什么是預鋰化?

預鋰化就是在電池正式充/放電循環之前在電極材料中添加少許鋰源,用來彌補電池充/放電反應過程中的鋰消耗。

為什么要預鋰化?

鋰電池在首次充放電過程中,負極表面會形成固態電解質界面膜(SEI),SEI的形成會消耗來自正極材料中的鋰,且該過程是不可逆的(當然,SEI層也可能出現反復的生成與破壞,這樣會消耗大量的鋰源)。SEI一是鋰離子可導,電子不可導的;二是可防止溶劑分子共嵌到負極當中,防止溶劑分子對負極材料的破壞。以上是SEI帶來的好處,但同時,SEI消耗的鋰源降低了電池的首次循環的庫倫效率,需要我們合理設計預鋰化方案彌補這部分鋰以達到較高的能量密度。

預鋰化的好處

1.彌補了SEI消耗的鋰源,電池首效將會提高,電池使用過程中的能量密度將會提高。

2.預鋰化可提前生成SEI,通過人為調控SEI,可減少電解液的消耗。

3.對于Si負極,其在循環過程中體積變化劇烈,預鋰化能夠讓電極提前發生體積膨脹,避免后續循環過程中Si材料結構的坍塌。(Domi Y, Effect of mechanical pre-lithiation on electrochemical performance of silicon negative electrode for lithium ion batteries, Journal of The Electrochemical, 2017)

4.預鋰化后可降低電池內阻。(Marinaro M, Toward pre-lithiatied high areal capacity silicon anodes for Lithium-ion batteries. Electrochimica Acta, 2016)

5.預鋰化后可提高鋰電池的貯存壽命。(程廣玉,預鋰化對鋰離子電池貯存壽命的影響)

預鋰化的分類

圖片來源:張策,合金型負極預鋰化技術研究進展

預鋰化可簡單分為負極預鋰化和正極預鋰化兩大類。正極側預鋰化包括:1. 在正極側活性鋰添加劑(首次充電過程正極側添加的活性鋰可遷移到負極,該方法其實是對負極側的間接預鋰化);2. 正極過鋰化。負極側的預鋰化包括:1. 化學預鋰化;2. 電化學預鋰化;3. 負極富鋰添加劑;4. 接觸金屬鋰。

正極富鋰添加劑

正極富鋰添加劑可在充電時釋放活性鋰,但是該過程不可逆。目前研究報道的正極富鋰添加劑包括:Li2O、Li2O2、Li2S、Li3N、Li2CO3等。

正極過鋰化

正極過鋰化最早由Tarascon提出,使用LiI的乙腈溶液將LiMn2O4鋰化為Li1+xMn2O4,在首次充放電后,過鋰化材料的電化學行為仍與LiMn2O4相同,且無其他雜質的引入。

負極化學預鋰化

負極的化學預鋰化利用具有強還原能力的含鋰試劑,通過氧化還原反應將自身活性鋰轉移至負極材料中以實現預鋰化。

負極電化學預鋰化

電化學預鋰化是在電解液存在的情況下,金屬鋰與負極發生電化學反應的過程。該方法可通過電極與鋰金屬之間電壓差監測電極預鋰化程度。

負極富鋰添加劑

負極預鋰化添加劑包括兩大類,一類是鈍化鋰粉,另一類是鋰合金化合物。其中,鈍化鋰粉是鋰粉表面有一層鈍化膜。

負極接觸金屬鋰

接觸金屬鋰是指在電解質存在條件下,金屬鋰與負極物理接觸而實現預鋰化的一種方法。其原理是金屬鋰與負極材料之間存在電勢差,金屬鋰中的電子在電場作用下遷移至負極材料,鋰離子從金屬鋰中脫出遷移至負極以達到電荷平衡。

(責任編輯:子蕊)
文章標簽: 鋰電池 預鋰化
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