什么是锂电池预锂化?锂电池预锂化的技术讲解

2023-04-25      2014 次浏览

预锂化的重要方法


1、负极提前化成法


让负极单独化成,待负极形成SEI膜后再与正极装配,防止化成对正极锂离子的损耗,并大幅提升全电池的首次效率及容量。这种预锂化方法的优点是可以最大限度的模拟正常化成流程,同时保证SEI膜的形成效果与锂离子电池相近,但是负极片的提前化成和正负极片的装配这两个工序,操作难度过大。


2、负极喷涂锂粉法


制作出一种稳定的金属锂粉末颗粒,颗粒的内层为金属锂,外层为具有良好锂离子导通率和电子导通率的保护层;预锂化过程中,先将锂粉分散在有机溶剂中,然后将分散体喷涂在负极片上,接着将负极片上的残留有机溶剂干燥,这样就得到了完成预锂化的负极片。


化成时,喷涂在负极上的锂粉会消耗于SEI膜的形成,从而最大限度的保留从正极脱嵌的锂离子,提高锂离子电池的容量,采用这种预锂化方法的缺点是安全性较难保证,材料及设备改造成本较高。


3、负极三层电极法


与正常铜箔相比,三层电极法的铜箔被涂上了后期化成所要的金属锂粉,为了保护锂粉不与空气反应,又涂上了一层保护层;负极则直接涂在保护层上。


当电芯完成注液后,保护层会溶解于电解液中,从而让金属锂与负极接触,化成时形成SEI膜所消耗的锂离子由金属锂粉补充,这种方法对锂离子电池厂加工条件没有苛刻要求,但是保护层在极片收放卷、辊压、裁切等工位的稳定性是对电极材料研发的很大挑战,金属锂粉化成消失后负极材料粘结性的保证也颇有难度。


4,正极富锂材料法


当负极首效低于正极时,化成时就会有太多的锂离子损耗于负极,造成放电后正极有效空间无法被锂离子欠满,形成正极嵌锂空间的浪费;假如在正极中加入少量的高克容量富锂化材料,这样既可以为化成时SEI膜的形成供应更多的锂离子,也不用担心放电时富锂化材料无法再次嵌锂。


二、锂离子电池预锂化技术


常见的预锂化方式是负极补锂,如锂箔补锂、锂粉补锂等,都是目前重点发展的预锂化工艺;此外,还有利用硅化锂粉和电解锂盐水溶液来进行预锂化的技术。


1、锂箔补锂


锂箔补锂是利用自放电机理进行补锂的技术。金属锂的电位在所有电极材料中最低,由于电势差的存在,当负极材料与金属锂箔接触时,电子自发地向负极移动,伴随着Li+在负极的嵌入。


2、稳定化锂金属粉末(SLMP)


与在合浆过程中加入相比,SLMP直接加载到干燥的负极表面更简单易行。使用SLMP对硅-碳纳米管负极进行预锂化,将质量分数为3%的SLMP/甲苯溶液滴在硅-碳纳米管负极表面,待甲苯溶剂挥发后,进行压片、激活,预锂化后,负极的首次不可逆容量减少了20%~40%。


3、硅化锂粉


纳米硅化锂粉的尺寸很小,更加有利于在负极中的分散;此外,其已处于膨胀状态,循环过程中的体积变化不会对整个电极的结构造成影响。


4、电解锂盐水溶液进行补锂


通过在电解池中电解Li2SO4水溶液来对硅进行补锂,牺牲电极为浸入Li2SO4中的铜线,无论是使用锂箔、SLMP还是硅化锂粉来补锂,都要涉及金属锂的使用。金属锂价格高、活性大,操作困难,储存与运输要高额的费用用于保护。


随着锂离子电池材料研究的深入、制造水平的提升以及市场对电池性能要求的提高,通过传统更换电极材料、开发新的电解液的思路来提升锂离子电池性能已经非常有限。预锂化技术的出现为锂离子电池性能提升,特别是在改善不可逆容量损失,提升能量密度方面给出了一条有效的解决方法,为锂离子电池技术的发展注入了新的活力。



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