Qu'il s'agisse d'une cellule pleine ou d'une demi-cellule, les performances de la première charge et décharge seront considérablement différentes des cycles suivants. Le paramètre de description de cette caractéristique est le premier rendement.
La discussion de la première efficacité doit être divisée en demi-cellules et en cellules complètes ; et un schéma d'amélioration majeur pour la première efficacité : la prélithiation.

Une fois que la demi-cellule du matériau d'électrode positive (le matériau d'électrode positive est l'électrode positive et la feuille de lithium métallique est l'électrode négative) est terminée, elle passe d'abord par un cycle de charge-décharge : pendant le processus de charge, les ions lithium sont désintercalés de l'électrode positive et précipité sur la feuille de lithium métallique de l'électrode négative. ; Lors de la décharge, la feuille de lithium métallique perd des électrons pour former des ions lithium et traverse l'électrolyte, puis s'intercale dans l'électrode positive.

Prenons l'exemple des données de la demi-cellule d'oxyde de lithium-cobalt. La première capacité de charge de la demi-cellule est légèrement supérieure à la première capacité de décharge. C'est-à-dire que 100% des ions lithium désintercalés de l'électrode positive lors de la charge ne retournent pas à l'électrode positive lors de la décharge. La première capacité de décharge/première capacité de charge est le premier rendement de cette demi-cellule.

Non seulement l'oxyde de cobalt de lithium, mais d'autres matériaux de cathode courants tels que le ternaire, le phosphate de fer au lithium, etc. les demi-cellules ont également le phénomène de "première capacité de décharge < première capacité de charge". La première efficacité du ternaire est la plus faible, généralement 85 ~ 88 % ; l'oxyde de cobalt et de lithium est le deuxième, généralement 94 ~ 96 % ; le phosphate de fer au lithium est légèrement supérieur à l'oxyde de cobalt au lithium, 95% ~ 97%.

Alors, où va la capacité perdue lors de la première charge et décharge ? Pour la demi-cellule du matériau cathodique, la perte de capacité est principalement causée par le changement de la structure du matériau après la première décharge : après la première décharge, la structure du matériau cathodique change en raison de la délithiation, réduisant ainsi la position de l'intercalation du lithium dans le matériau. , et les ions lithium ne peuvent pas Tout est réinjecté dans l'électrode positive lors de la première décharge, ce qui entraîne une perte de capacité.

Comme la demi-cellule de matériau de cathode, la demi-cellule de matériau d'anode est également affectée par le premier rendement. En prenant la demi-cellule en matériau graphite comme exemple, le matériau en graphite a un potentiel de désintercalation et d'insertion d'ions lithium plus élevé, c'est donc l'électrode positive, et la feuille de lithium métallique est l'électrode négative. Lors du premier cycle, les ions lithium doivent d'abord perdre des électrons de la feuille de lithium (électrode négative) puis s'intercaler. Graphite (électrode positive), donc la demi-cellule est d'abord déchargée puis chargée. La première capacité de charge de la demi-cellule est nettement inférieure à la première capacité de décharge, c'est-à-dire qu'après l'arrivée des ions lithium sur la couche de graphite lors du processus de décharge, ils ne sont pas désintercalés à 100% du graphite lors de la charge ultérieure. Où sont consommés les ions lithium perdus pendant cette période ? Je crois que les amis avec une certaine base théorique peuvent penser à cette raison : lorsque la demi-cellule en graphite est déchargée pour la première fois, les ions lithium formeront un film SEI sur la surface du graphite avant d'être intégrés dans le graphite, et le lithium les ions dédiés au film SEI ne peuvent pas être récupérés lors d'une charge ultérieure. à l'électrode négative de la feuille de lithium, d'où la première capacité de décharge de la demi-cellule en graphite > la première capacité de charge. et les ions lithium dédiés au film SEI ne peuvent pas être récupérés lors d'une charge ultérieure. à l'électrode négative de la feuille de lithium, d'où la première capacité de décharge de la demi-cellule en graphite > la première capacité de charge. et les ions lithium dédiés au film SEI ne peuvent pas être récupérés lors d'une charge ultérieure. à l'électrode négative de la feuille de lithium, d'où la première capacité de décharge de la demi-cellule en graphite > la première capacité de charge.

Pour les matériaux cathodiques tels que l'oxyde de lithium-cobalt et le ternaire, la raison principale de la première efficacité est que la structure du matériau a changé après la première délithiation, entraînant l'échec de l'intercalation à 100% des ions lithium. Pour les anodes à base de carbone, la première efficacité est principalement causée par la formation de SEI.
Pour les matériaux d'anode en graphite ou en mésophase couramment utilisés actuellement, le premier rendement est généralement compris entre 90 et 92 %. Pour le titanate de lithium, un matériau qui ne forme pratiquement pas de film SEI, le premier rendement sera nettement amélioré, de l'ordre de 97 %. De plus, pour les matériaux d'anode silicium-carbone émergents actuels, puisque la première efficacité de l'anode silicium-carbone n'est que de 50%, la première efficacité de l'anode silicium-carbone diminuera progressivement avec l'augmentation de la teneur en silicium.

Conclusion La première efficacité de la demi-cellule vous a beaucoup apporté. Quelles que soient les performances de la demi-cellule, ce qui nous importe le plus, ce sont les performances de la cellule complète. Lorsque les matériaux positifs et négatifs avec les premières caractéristiques d'efficacité sont combinés dans une batterie complète, quel type de caractéristiques présenteront-ils ? La réponse sera révélée dans le prochain article.