Pre-lithiation là gì?

Đối với pin đầy, màng SEI hình thành ở giao diện điện cực âm sẽ tiêu thụ các ion lithium đậm đặc từ điện cực dương và làm giảm dung lượng của pin. Nếu chúng ta có thể tìm thấy một nguồn lithium khác bên ngoài vật liệu điện cực dương, để sự hình thành màng SEI tiêu thụ các ion lithium của nguồn lithium bên ngoài, do đó, các ion lithium tập trung từ điện cực dương sẽ không bị lãng phí trong quá trình hình thành, và cuối cùng là tình trạng đầy pin có thể được cải thiện. dung tích. Quá trình cung cấp nguồn lithium bên ngoài này là quá trình nung trước.

Cửa sổ kiến ​​thức: Cốt lõi của quá trình nung trước là tìm một nguồn lithium bên ngoài, để toàn bộ pin có thể được chuyển đổi thành các ion lithium tiêu thụ các ion lithium do nguồn lithium bên ngoài cung cấp thay vì các ion lithium được phân cực bởi cực dương điện cực, để giữ lại các ion liti được điện cực dương phân cực ở mức độ lớn nhất. Và tăng dung lượng đầy pin.

Dưới đây là một số phương pháp nung trước để bạn hiểu rõ hơn về công nghệ này.

1. Phương pháp hình thành điện cực âm trước

Khi pin đầy được hình thành, các ion lithium đậm đặc từ điện cực dương sẽ bị tiêu thụ. Nếu chúng ta có thể làm cho điện cực âm tách rời và sau đó lắp ráp nó với điện cực dương sau khi điện cực âm tạo thành màng SEI, thì nó có thể tránh được sự mất mát của các ion lithium trên điện cực dương và cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể. Hiệu suất đầu tiên và dung lượng của pin. Không nghi ngờ gì nữa, bước quan trọng ở đây là sự hình thành riêng biệt của điện cực âm, tấm điện cực âm và tấm lithium được nhúng vào chất điện phân, và được kết nối với một mạch bên ngoài để sạc. Bằng cách này, có thể đảm bảo rằng các ion liti được tiêu thụ trong quá trình hình thành đến từ các tấm liti kim loại chứ không phải từ điện cực dương. Sau khi tấm điện cực âm được hình thành,

Ưu điểm của phương pháp nung trước này là nó có thể mô phỏng quá trình bình thường hóa ở mức tối đa, đồng thời đảm bảo rằng hiệu ứng hình thành của màng SEI tương tự như khi pin đầy. Tuy nhiên, hai quá trình tạo thành các tấm điện cực âm và lắp ráp các tấm điện cực âm và dương quá khó hoạt động.

2. Phương pháp phun bột liti vào điện cực âm

Vì khó có thể sử dụng tấm điện cực âm để hình thành chỉ bổ sung liti nên người ta đã nghĩ đến phương pháp bổ sung liti là phun trực tiếp bột liti lên tấm điện cực âm.

Đầu tiên, một hạt bột lithium kim loại ổn định nên được sản xuất. Lớp bên trong của hạt là liti kim loại, và lớp bên ngoài là lớp bảo vệ với khả năng dẫn điện và dẫn điện tử ion liti tốt. Trong quá trình trước khi nung, bột liti đầu tiên được phân tán trong dung môi hữu cơ, sau đó chất phân tán được phun lên tấm điện cực âm, và sau đó dung môi hữu cơ còn lại trên tấm điện cực âm được làm khô, do đó thu được tấm điện cực âm. với quá trình nung sơ bộ đã hoàn thành. Công việc lắp ráp tiếp theo phù hợp với quy trình bình thường.

Trong quá trình hình thành, bột lithium phun trên điện cực âm sẽ được tiêu thụ trong quá trình hình thành màng SEI, để tối đa hóa việc giữ lại các ion lithium tập trung từ điện cực dương và cải thiện dung lượng của pin đầy.

Nhược điểm của phương pháp nung sơ bộ này là khó đảm bảo an toàn, chi phí chuyển hóa vật tư thiết bị cao.

3. Phương pháp điện cực âm ba lớp

Do những hạn chế của thiết bị và quy trình, việc chuyển đổi với chi phí cao cho mục đích sơ chế không phải là ưu tiên của các nhà máy sản xuất pin. Nếu có thể hoàn thành quá trình nung sơ bộ theo cách mà các nhà máy sản xuất pin đã quen thuộc, thì khả năng phổ biến sẽ được tăng cường đáng kể. Phương pháp điện cực ba lớp được đề cập dưới đây làm cho hoạt động của nhà máy sản xuất pin trở nên đơn giản hơn. Cốt lõi của phương pháp điện cực ba lớp nằm ở việc xử lý lá đồng. So với lá đồng thông thường, lá đồng của phương pháp điện cực ba lớp được phủ một lớp bột kim loại liti cần thiết cho quá trình hình thành sau này. Để bảo vệ bột liti không phản ứng với không khí, nó được phủ một lớp bảo vệ A; điện cực âm được phủ trực tiếp trên lớp bảo vệ. Sau khi tế bào chứa đầy chất lỏng, lớp bảo vệ sẽ hòa tan trong chất điện phân, do đó, kim loại liti tiếp xúc với điện cực âm, và các ion liti bị tiêu thụ bởi sự hình thành màng SEI trong quá trình hình thành được bổ sung bởi bột liti kim loại. Hình ảnh của điện cực sau khi sạc như sau: Phương pháp này không có yêu cầu khắt khe về điều kiện xử lý của nhà máy sản xuất pin, nhưng sự ổn định của lớp bảo vệ tại các đoạn cực cuộn và tháo cuộn, cuộn, cắt và các trạm khác là một thách thức lớn đối với việc nghiên cứu và phát triển vật liệu điện cực Cũng khó đảm bảo độ bám dính của vật liệu điện cực âm sau khi bột lithium kim loại biến mất. và các ion liti bị tiêu thụ bởi sự hình thành màng SEI trong quá trình hình thành được bổ sung bởi bột liti kim loại. Hình ảnh của điện cực sau khi sạc như sau: Phương pháp này không có yêu cầu khắt khe về điều kiện xử lý của nhà máy sản xuất pin, nhưng sự ổn định của lớp bảo vệ tại các đoạn cực cuộn và tháo cuộn, cuộn, cắt và các trạm khác là một thách thức lớn đối với việc nghiên cứu và phát triển vật liệu điện cực Cũng khó đảm bảo độ bám dính của vật liệu điện cực âm sau khi bột lithium kim loại biến mất. và các ion liti bị tiêu thụ bởi sự hình thành màng SEI trong quá trình hình thành được bổ sung bởi bột liti kim loại. Hình ảnh của điện cực sau khi sạc như sau: Phương pháp này không có yêu cầu khắt khe về điều kiện xử lý của nhà máy sản xuất pin, nhưng sự ổn định của lớp bảo vệ tại các đoạn cực cuộn và tháo cuộn, cuộn, cắt và các trạm khác là một thách thức lớn đối với việc nghiên cứu và phát triển vật liệu điện cực Cũng khó đảm bảo độ bám dính của vật liệu điện cực âm sau khi bột lithium kim loại biến mất.

3. Phương pháp vật liệu giàu cathode Li

Các đối tác nhỏ làm việc trong doanh nghiệp phải có kinh nghiệm sâu sắc rằng ngay cả những thứ có thể thành công trong điều kiện phòng thí nghiệm cũng khó có thể chuyển sang sản xuất quy mô lớn của doanh nghiệp. Chi phí chuyển đổi của thiết bị, chi phí đầu vào hàng loạt nguyên liệu và chi phí kiểm soát của môi trường xử lý đều có thể trở thành những tổn thương chết người mà công nghệ mới không thể phát huy được. Đối với một ngành công nghiệp mà quy trình và thiết bị của pin lithium về cơ bản đã trưởng thành, giải pháp xử lý trước mà các doanh nghiệp ưa thích chắc chắn sẽ là một phương pháp có thể được thúc đẩy trực tiếp mà không cần thực hiện quá nhiều thay đổi tại chỗ hoặc thậm chí là tiếp quản nó. Phương pháp vật liệu giàu liti cực âm chỉ đáp ứng được nhu cầu của các nhà máy sản xuất pin về mặt này.

Khi hiệu ứng đầu tiên của điện cực âm thấp hơn hiệu ứng của điện cực dương, quá nhiều ion liti sẽ bị mất vào điện cực âm trong quá trình hình thành, dẫn đến không gian hiệu dụng của điện cực dương không thể được lấp đầy bởi các ion liti sau khi phóng điện, dẫn đến lãng phí không gian xen kẽ điện cực dương lithium. Nếu một lượng nhỏ vật liệu tráng men có dung lượng gam cao được thêm vào điện cực dương, nó không chỉ có thể cung cấp thêm các ion liti để hình thành màng SEI trong quá trình tổng hợp hóa học, mà còn không phải lo lắng rằng vật liệu tráng men không thể xen kẽ với nhau. lại lithium trong quá trình phóng điện (vì Tiêu thụ tất cả các ion lithium được cung cấp bởi vật liệu giàu lithium), nó không phải là tốt nhất của cả hai thế giới sao?

Hiện tại, một vật liệu nung điển hình là Li5FeO4, có dung lượng gam lên đến 700mAh / g. Mỗi phân tử có thể giải phóng bốn Li + trong quá trình hình thành. Phương trình như sau:

Li5FeO4 → 4Li ++ 4e- + LiFeO2 + O2

Phản ứng trên không thuận nghịch như sự phân tách của điện cực dương đối với pin Li-ion, vì O2 sinh ra trong phản ứng được xả ra khỏi pin cùng với quá trình khử khí. Tuy nhiên, do dung lượng gam lớn của các vật liệu giàu liti, việc thêm một tỷ lệ nhỏ chúng vào điện cực dương có thể bổ sung đủ các ion liti bổ sung cho phân cực âm. Do đó, miễn là đảm bảo sự ổn định của sản phẩm LiFeO2 trong chất điện phân, nó có thể cải thiện pin đầy. vai trò của năng lực.

Trong quá trình thực hiện cụ thể của kế hoạch này, nếu quá trình tạo hỗn hợp và phủ Li5FeO4 với vật liệu hoạt tính tích cực được khám phá, nó sẽ cho phép nhà máy sản xuất pin hoàn thành quá trình nung sơ bộ mà không cần bất kỳ sửa đổi thiết bị nào, điều này có vẻ ngu ngốc. Loại hình hoạt động này thường được các doanh nghiệp ưa chuộng.

Các phương pháp xử lý sơ bộ khác nhau được giới thiệu ở đây. Cần lưu ý rằng các phương pháp nung sơ bộ khác nhau được đề cập ở trên nhằm vào pin đầy có hiệu suất đầu tiên của điện cực âm thấp hơn hiệu suất của điện cực dương. . Đối với pin có hiệu ứng đầu tiên tích cực thấp hơn, phương pháp trên về cơ bản là vô dụng, vì tác dụng đầu tiên của pin đầy bị hạn chế bởi thực tế là không còn đủ không gian để chèn lithium sau khi điện cực dương được sạc, ngay cả khi bên ngoài lithium được bổ sung, nó không thể được Nhúng điện cực dương và do đó không có tác dụng.