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电极锂化过程 看预锂化技术有哪些

2025-05-30


在锂离子电池首次充电过程中,有机电解液会在石墨等负极表面还原分解,形成固体电解质相界面(SEI)膜,永久地消耗大量来自正极的锂,造成首次循环的库仑效率(ICE)偏低,降低了锂离子电池的容量和能量密度。为了解决这个问题,人们研究了预锂化技术。通过预锂化对电极材料进行补锂,抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗,以提高电池的总容量和能量密度。


“预锂化”(也被称为“预嵌锂”、“补锂”)描述的是在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子。对锂电池材料体系进行补锂,即在电池材料体系中引入高锂含量物质,并使得该高含锂量物质有效释放锂离子和电子,弥补活性锂损失,抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗,以提高电池的总容量和能量密度。预锂化技术包括负极补锂和正极补锂。

正极补锂VS负极补锂


负极预锂化简述:还原性锂的舞台负极补锂的方式包括锂箔补锂、锂粉补锂、硅化锂粉补锂和电解锂盐水溶液补锂等。目前负极补锂仍然受限于电池制造工艺上的几大难题:金属锂的使用与生产环境、常规溶剂、粘结剂以及热处理过程等不兼容,使得负极的补锂之路荆棘丛生。作为一种替代的技术路线,不少针对正极材料的补锂添加剂得以进入研究范畴。


还原锂粉和PVDF 包覆的石墨负极复合

起到预锂化作用



硅基补锂剂的合成过程



电化学预锂化基本原理


正极预锂化简述:挤满了锂的“笼子”

考虑到活性锂的消耗主要在负极侧,负极补锂方式也通常称为“直接补锂”。与此相应,正极补锂则需要通过充电将正极补锂剂或富锂正极中的过量锂离子(及电子)“推送”至负极,所以正极补锂亦称“间接补锂”。正极补锂简便得多:典型的正极补锂是在正极合浆过程中添加少量高容量材料,在充电过程中,Li+从高容量材料中脱出,补充首次充放电的不可逆容量损失。正极补锂因高安全性、无需改变现有电池生产工艺而最具有工业应用前景。目前,作为正极补锂添加剂的材料主要有:富锂化合物、基于转化反应的纳米复合材料和二元锂化合物等。


不同正极补锂剂的比容量、密度容量

正极补锂剂的化学稳定性比负极补锂剂更高,但是也存在一定程度上的匀浆“果冻化”问题;预锂化过程可能会产气,如反应不完全则电池后续循环胀气;补锂剂中的活性锂脱出后仍有残留低容量物质,对电池综合性能的影响还需要进一步评估;高预锂化也可能使得电极材料的循环寿命劣化明显。


不同预锂化水平的Li1+XNCM523正极的容量电压曲线

当然,不同的预锂化技术有较明显的“长板”和“短板”。一般来说,在更强调安全性和工艺兼容性,对补锂容量需求不高的场合,正极补锂更合适。在需要大容量补锂时,负极补锂更合适。


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