Qu'est-ce que la prélithiation ?

Pour une batterie pleine, le film SEI formé à l'interface de l'électrode négative consommera les ions lithium désintercalés de l'électrode positive et réduira la capacité de la batterie. Si nous pouvons trouver une autre source de lithium en dehors du matériau d'électrode positive, de sorte que la formation du film SEI consomme les ions lithium de la source de lithium externe, de sorte que les ions lithium désintercalés de l'électrode positive ne soient pas gaspillés dans le processus de formation, et enfin la batterie complète peut être améliorée. capacité. Ce processus de fourniture d'une source externe de lithium est la pré-lithiation.

Fenêtre de connaissances : le cœur de la pré-lithiation consiste à trouver une source de lithium externe, de sorte que toute la batterie puisse être convertie en ions lithium qui consomment les ions lithium fournis par la source de lithium externe au lieu des ions lithium qui sont désintercalés par le positif électrode, de façon à retenir au maximum les ions lithium désintercalés par l'électrode positive. Et augmentez la pleine capacité de la batterie.

Plusieurs méthodes de pré-lithiation sont présentées ci-dessous pour vous permettre de mieux comprendre cette technologie.

1. La méthode de formation d'électrode négative à l'avance

Lorsque la batterie complète est formée, les ions lithium désintercalés de l'électrode positive seront consommés. Si nous pouvons séparer l'électrode négative, puis l'assembler avec l'électrode positive après que l'électrode négative forme un film SEI, cela peut éviter la perte d'ions lithium sur l'électrode positive et améliorer considérablement les performances globales. La première efficacité et capacité de la batterie. Sans aucun doute, l'étape clé ici est la formation séparée de l'électrode négative, la feuille d'électrode négative et la feuille de lithium sont immergées dans l'électrolyte et connectées à un circuit externe pour la charge. De cette manière, on peut s'assurer que les ions lithium consommés lors de la formation proviennent des feuilles de lithium métallique plutôt que de l'électrode positive. Après la formation de la feuille d'électrode négative,

L'avantage de cette méthode de pré-lithiation est qu'elle peut simuler au maximum le processus de normalisation tout en garantissant que l'effet de formation du film SEI est similaire à celui de la batterie complète. Cependant, les deux procédés de préformation des nappes d'électrodes négatives et d'assemblage des nappes d'électrodes positives et négatives sont trop difficiles à mettre en oeuvre.

2. Méthode de pulvérisation de poudre de lithium par électrode négative

Comme il est difficile d'utiliser la feuille d'électrode négative pour former seule une supplémentation en lithium, les gens ont pensé à la méthode de supplémentation en lithium consistant à pulvériser directement de la poudre de lithium sur la feuille d'électrode négative.

Tout d'abord, une particule de poudre de lithium métallique stable doit être produite. La couche interne de la particule est en lithium métallique et la couche externe est une couche protectrice avec une bonne conductivité des ions lithium et une bonne conductivité électronique. Dans le processus de pré-lithiation, la poudre de lithium est d'abord dispersée dans un solvant organique, puis la dispersion est pulvérisée sur la feuille d'électrode négative, puis le solvant organique résiduel sur la feuille d'électrode négative est séché, obtenant ainsi une feuille d'électrode négative avec prélithiation terminée. Les travaux d'assemblage ultérieurs sont conformes au processus normal.

Lors de la formation, la poudre de lithium pulvérisée sur l'électrode négative sera consommée dans la formation du film SEI, de manière à maximiser la rétention des ions lithium désintercalés de l'électrode positive et à améliorer la capacité de la batterie complète.

L'inconvénient d'utiliser cette méthode de pré-lithiation est qu'il est difficile d'en garantir la sécurité, et que le coût de transformation du matériel et des équipements est élevé.

3. Méthode d'électrode négative à trois couches

En raison des limites des équipements et des procédés, la transformation à coût élevé à des fins de prélithiation n'est pas une priorité pour les usines de batteries. Si la pré-lithiation peut être complétée d'une manière que les usines de batteries connaissent bien, la vulgarisation sera grandement améliorée. La méthode d'électrode à trois couches mentionnée ci-dessous simplifie le fonctionnement de l'usine de batteries. Le cœur de la méthode des électrodes à trois couches réside dans le traitement de la feuille de cuivre. Par rapport à la feuille de cuivre normale, la feuille de cuivre de la méthode d'électrode à trois couches est recouverte de la poudre de lithium métallique requise pour la formation ultérieure. Afin de protéger la poudre de lithium de réagir avec l'air, elle est recouverte d'une couche de protection ; l'électrode négative est directement enduite sur la couche protectrice. Une fois la cellule remplie de liquide, la couche de protection va se dissoudre dans l'électrolyte, de sorte que le lithium métallique est en contact avec l'électrode négative, et les ions lithium consommés par la formation du film SEI lors de la formation sont complétés par la poudre de lithium métallique. L'image de l'électrode après la charge est la suivante : cette méthode n'a pas d'exigences strictes sur les conditions de traitement de l'usine de batteries, mais la stabilité de la couche protectrice au niveau des stations de rembobinage et de déroulement de la pièce polaire, de laminage, de coupe et autres est un grand défi pour la recherche et le développement de matériaux d'électrode Il est également difficile d'assurer l'adhérence du matériau d'électrode négative après la disparition de la poudre de lithium métallique. et les ions lithium consommés par la formation du film SEI lors de la formation sont complétés par la poudre de lithium métallique. L'image de l'électrode après la charge est la suivante : cette méthode n'a pas d'exigences strictes sur les conditions de traitement de l'usine de batteries, mais la stabilité de la couche protectrice au niveau des stations de rembobinage et de déroulement de la pièce polaire, de laminage, de coupe et autres est un grand défi pour la recherche et le développement de matériaux d'électrode Il est également difficile d'assurer l'adhérence du matériau d'électrode négative après la disparition de la poudre de lithium métallique. et les ions lithium consommés par la formation du film SEI lors de la formation sont complétés par la poudre de lithium métallique. L'image de l'électrode après la charge est la suivante : cette méthode n'a pas d'exigences strictes sur les conditions de traitement de l'usine de batteries, mais la stabilité de la couche protectrice au niveau des stations de rembobinage et de déroulement de la pièce polaire, de laminage, de coupe et autres est un grand défi pour la recherche et le développement de matériaux d'électrode Il est également difficile d'assurer l'adhérence du matériau d'électrode négative après la disparition de la poudre de lithium métallique.

3. Méthode des matériaux riches en Li de cathode

Les petits partenaires qui travaillent dans l'entreprise doivent avoir profondément expérimenté que même les choses qui peuvent réussir dans des conditions de laboratoire sont susceptibles d'être difficiles à déplacer vers la production à grande échelle des entreprises. Le coût de transformation des équipements, le coût de l'apport massif de matériaux et le coût de contrôle de l'environnement de traitement peuvent tous devenir des blessures mortelles qui ne peuvent être favorisées par les nouvelles technologies. Pour une industrie où le processus et l'équipement de la batterie au lithium sont fondamentalement matures, la solution de pré-lithiation que les entreprises préfèrent sera certainement une méthode qui peut être directement promue sans effectuer trop de modifications sur site ni même la prendre en charge. La méthode du matériau riche en lithium de cathode répond juste aux besoins des usines de batteries à cet égard.

Lorsque le premier effet de l'électrode négative est inférieur à celui de l'électrode positive, trop d'ions lithium seront perdus vers l'électrode négative lors de la formation, ce qui fait que l'espace effectif de l'électrode positive ne peut pas être sous-rempli par des ions lithium après la décharge, résultant en un gaspillage de l'espace d'intercalation du lithium de l'électrode positive. Si une petite quantité de matériau lithié à haute capacité en grammes est ajoutée à l'électrode positive, elle peut non seulement fournir plus d'ions lithium pour la formation du film SEI pendant la synthèse chimique, mais également ne pas avoir à s'inquiéter que le matériau lithié ne puisse pas s'intercaler. lithium à nouveau lors de la décharge (car le Consommer tous les ions lithium apportés par le matériau riche en lithium), n'est-ce pas le meilleur des deux mondes ?

À l'heure actuelle, un matériau lithié typique est Li5FeO4, qui a une capacité en grammes allant jusqu'à 700 mAh/g. Chaque molécule peut libérer quatre Li+ lors de sa formation. L'équation est la suivante :

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

La réaction ci-dessus n'est pas aussi réversible que la délithiation de l'électrode positive pour les batteries Li-ion, puisque l'O2 généré dans la réaction est déchargé de la batterie en même temps que le dégazage. Cependant, en raison de la capacité en grammes élevée des matériaux riches en lithium, l'ajout d'une petite proportion d'entre eux dans l'électrode positive peut compléter suffisamment d'ions lithium supplémentaires pour une polarisation négative. Par conséquent, tant que la stabilité du produit LiFeO2 dans l'électrolyte est assurée, cela peut améliorer la batterie complète. rôle de capacité.

Dans la mise en œuvre spécifique de ce plan, si le processus de mélange et de revêtement de Li5FeO4 avec le matériau actif positif est exploré, cela permettra à l'usine de batteries de terminer la pré-lithiation sans aucune modification de l'équipement, ce qui semble insensé. Ce type d'opération est souvent le favori des entreprises.

Les différentes méthodes de pré-lithiation sont présentées ici. Il est à noter que les différentes méthodes de pré-lithiation évoquées ci-dessus visent la batterie pleine dont le rendement de la première électrode négative est inférieur à celui de l'électrode positive. . Pour les batteries avec un premier effet positif inférieur, la méthode ci-dessus est fondamentalement inutile, car le premier effet de la batterie pleine est limité par le fait qu'il n'y a plus assez d'espace pour l'insertion du lithium après la charge de l'électrode positive, même si l'alimentation externe le lithium est supplémenté, il ne peut pas être intégré à l'électrode positive et n'a donc aucun effet.