Bất kể là một ô đầy hay một nửa ô, hiệu suất của lần sạc và phóng điện đầu tiên sẽ khác biệt đáng kể so với các chu kỳ tiếp theo. Tham số mô tả cho đặc tính này là hiệu suất đầu tiên.
Cuộc thảo luận về hiệu quả đầu tiên nên được chia thành các ô nửa và ô đầy đủ; và một kế hoạch cải tiến lớn để đạt được hiệu quả đầu tiên: xử lý sơ bộ.

Sau khi hoàn thành nửa tế bào vật liệu làm điện cực dương (vật liệu điện cực dương là điện cực dương và tấm liti kim loại là điện cực âm), đầu tiên nó trải qua chu kỳ phóng điện: trong quá trình sạc, các ion liti bị biến thiên từ điện cực dương và kết tủa trên tấm liti kim loại ở điện cực âm. ; Trong quá trình phóng điện, tấm liti kim loại mất các electron để tạo thành các ion liti và đi qua chất điện phân, sau đó xen vào điện cực dương.

Hãy lấy dữ liệu bán tế bào lithium coban oxit làm ví dụ. Dung lượng sạc đầu tiên của nửa cell cao hơn một chút so với dung lượng xả đầu tiên. Điều đó có nghĩa là, 100% các ion liti tập trung từ điện cực dương trong quá trình sạc sẽ không quay trở lại điện cực dương trong quá trình phóng điện. Công suất xả đầu tiên / công suất sạc đầu tiên là hiệu suất đầu tiên của nửa tế bào này.

Không chỉ ôxít côban mà các vật liệu làm catôt thông thường khác như ôxit bazơ, lithium sắt photphat,… các bán tế bào đều có hiện tượng “dung lượng phóng điện đầu <dung lượng nạp điện đầu tiên”. Hiệu suất đầu tiên của bậc ba là thấp nhất, thường là 85 ~ 88%; oxit liti coban đứng thứ hai, nói chung là 94 ~ 96%; lithium sắt phosphate cao hơn một chút so với lithium coban oxit, 95% ~ 97%.

Vậy dung lượng bị mất trong lần sạc và xả đầu tiên sẽ đi đâu? Đối với nửa tế bào vật liệu catốt, tổn thất dung lượng chủ yếu do sự thay đổi cấu trúc vật liệu sau lần phóng điện đầu tiên: sau lần phóng điện đầu tiên, cấu trúc vật liệu catốt thay đổi do sự phân tách, do đó làm giảm vị trí xen kẽ của liti trong vật liệu. , và các ion liti không thể. Tất cả đều được nhúng trở lại điện cực dương trong lần phóng điện đầu tiên, dẫn đến mất công suất.

Giống như nửa tế bào vật liệu làm catốt, nửa tế bào vật liệu anốt cũng bị ảnh hưởng bởi hiệu suất đầu tiên. Lấy một nửa tế bào của vật liệu graphite làm ví dụ, vật liệu graphite có thế khử và chèn ion lithium cao hơn, vì vậy nó là điện cực dương và tấm lithium kim loại là điện cực âm. Trong chu kỳ đầu tiên, các ion liti trước tiên phải mất điện tử từ tấm liti (điện cực âm) và sau đó xen kẽ. Graphit (điện cực dương), do đó, nửa tế bào đầu tiên được phóng điện và sau đó được tích điện. Công suất sạc đầu tiên của nửa tế bào thấp hơn đáng kể so với khả năng phóng điện đầu tiên, có nghĩa là, sau khi các ion liti đến lớp graphit trong quá trình phóng điện, chúng không bị phân cực 100% khỏi graphit trong quá trình sạc tiếp theo. Các ion liti bị mất được tiêu thụ ở đâu trong giai đoạn này? Tôi tin rằng những người bạn có cơ sở lý thuyết nhất định có thể nghĩ ra lý do này: khi nửa tế bào graphit được phóng điện lần đầu tiên, các ion liti sẽ tạo thành một màng SEI trên bề mặt graphit trước khi được nhúng vào graphit, và liti không thể thu hồi các ion dành riêng cho màng SEI trong quá trình sạc tiếp theo. đến điện cực âm của tấm liti, dẫn đến khả năng phóng điện thứ nhất của nửa tế bào graphit> công suất tích điện thứ nhất. và các ion lithium dành riêng cho phim SEI không thể được phục hồi trong quá trình sạc tiếp theo. đến điện cực âm của tấm liti, dẫn đến khả năng phóng điện thứ nhất của nửa tế bào graphit> công suất tích điện thứ nhất. và các ion lithium dành riêng cho phim SEI không thể được phục hồi trong quá trình sạc tiếp theo. đến điện cực âm của tấm liti, dẫn đến khả năng phóng điện thứ nhất của nửa tế bào graphit> công suất tích điện thứ nhất.

Đối với các vật liệu catốt như oxit liti coban và ôxit bậc ba, nguyên nhân chính dẫn đến hiệu quả đầu tiên là do cấu trúc của vật liệu đã thay đổi sau lần phân tách đầu tiên, dẫn đến việc xen kẽ 100% ion lithium không thành công. Đối với cực dương dựa trên cacbon, hiệu suất đầu tiên chủ yếu là do sự hình thành SEI.
Đối với các vật liệu cực dương graphit hoặc mesophase thường được sử dụng hiện nay, hiệu suất đầu tiên thường là từ 90 đến 92%. Đối với lithium titanate, một vật liệu hầu như không tạo màng SEI, hiệu suất đầu tiên sẽ được cải thiện đáng kể, khoảng 97%. Ngoài ra, đối với các vật liệu anode silicon carbon mới nổi hiện nay, do hiệu suất đầu tiên của anode silicon carbon chỉ là 50%, nên hiệu suất đầu tiên của anode silicon carbon sẽ giảm dần khi hàm lượng silicon tăng lên.

Kết luận Hiệu quả đầu tiên của nửa tế bào đã giới thiệu rất nhiều cho bạn. Bất kể hiệu suất của nửa ô, điều chúng tôi quan tâm nhất là hiệu suất của ô đầy đủ. Khi các vật liệu tích cực và âm có đặc tính hiệu suất đầu tiên được kết hợp thành một pin đầy đủ, chúng sẽ thể hiện đặc điểm gì? Câu trả lời sẽ được bật mí trong bài viết tiếp theo.