พรีลิเธียชั่นคืออะไร?

สำหรับแบตเตอรี่เต็ม ฟิล์ม SEI ที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานขั้วลบจะใช้ลิเธียมไอออนที่แยกตัวออกจากอิเล็กโทรดบวกและลดความจุของแบตเตอรี่ หากเราสามารถหาแหล่งลิเธียมอื่นนอกวัสดุอิเล็กโทรดบวกเพื่อให้การก่อตัวของฟิล์ม SEI ใช้ลิเธียมไอออนของแหล่งกำเนิดลิเธียมภายนอกเพื่อให้ไอออนลิเธียมที่แยกตัวออกจากอิเล็กโทรดบวกจะไม่สูญเปล่าในกระบวนการก่อตัว และในที่สุดก็สามารถปรับปรุงแบตเตอรี่ให้เต็มได้ ความจุ. กระบวนการจัดหาแหล่งลิเธียมภายนอกนี้เป็นกระบวนการก่อนลิเธียม

หน้าต่างความรู้: แก่นของกระบวนการก่อนลิเธียมคือการหาแหล่งลิเธียมจากภายนอก เพื่อให้แบตเตอรี่ทั้งหมดสามารถแปลงเป็นลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมไอออนที่มาจากแหล่งลิเธียมภายนอกแทนลิเธียมไอออนที่แยกประจุออกจากขั้วบวก อิเล็กโทรด เพื่อรักษาลิเธียมไอออนที่ถูกขจัดอินเตอร์คาลโดยอิเล็กโทรดขั้วบวกให้อยู่ในระดับสูงสุด และเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ให้เต็ม

ด้านล่างมีการแนะนำวิธีการเตรียมการลิเธียมหลายวิธีเพื่อให้คุณเข้าใจเทคโนโลยีนี้มากขึ้น

1. วิธีสร้างอิเล็กโทรดลบล่วงหน้า

เมื่อแบตเตอรีเต็มแล้ว ลิเธียมไอออนที่คายประจุออกจากอิเล็กโทรดบวกจะถูกใช้ไป หากเราสามารถแยกอิเล็กโทรดลบออก แล้วประกอบเข้ากับอิเล็กโทรดบวกหลังจากที่อิเล็กโทรดลบสร้างฟิล์ม SEI จะสามารถหลีกเลี่ยงการสูญเสียลิเธียมไอออนบนอิเล็กโทรดบวกและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมได้อย่างมาก ประสิทธิภาพและความจุของแบตเตอรี่ครั้งแรก ไม่ต้องสงสัยเลยว่าขั้นตอนสำคัญที่นี่คือการสร้างอิเล็กโทรดขั้วลบที่แยกจากกัน แผ่นอิเล็กโทรดลบและแผ่นลิเธียมจะถูกจุ่มลงในอิเล็กโทรไลต์ และเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกสำหรับการชาร์จ ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถมั่นใจได้ว่าลิเธียมไอออนที่ใช้ในระหว่างการก่อตัวมาจากแผ่นลิเธียมโลหะมากกว่าอิเล็กโทรดบวก หลังจากสร้างแผ่นอิเล็กโทรดลบ

ข้อดีของวิธีการก่อนการลิเธียมนี้คือสามารถจำลองกระบวนการทำให้เป็นมาตรฐานได้ในระดับสูงสุด และในขณะเดียวกันก็ช่วยให้แน่ใจว่าเอฟเฟกต์การก่อตัวของฟิล์ม SEI นั้นคล้ายกับของแบตเตอรี่เต็ม อย่างไรก็ตาม กระบวนการสองขั้นตอนของการเตรียมแผ่นอิเล็กโทรดขั้วลบและการประกอบแผ่นอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบนั้นยากเกินไปที่จะใช้งาน

2. วิธีการฉีดพ่นแบบผงลิเธียมด้วยอิเล็กโทรดขั้วลบ

เนื่องจากเป็นการยากที่จะใช้แผ่นอิเล็กโทรดลบเพื่อสร้างการเสริมลิเธียมเพียงอย่างเดียว ผู้คนต่างนึกถึงวิธีการเสริมลิเธียมในการฉีดพ่นผงลิเธียมโดยตรงบนแผ่นอิเล็กโทรดอิเล็กโทรดเชิงลบ

ขั้นแรกควรผลิตอนุภาคผงโลหะลิเธียมที่เสถียร ชั้นในของอนุภาคเป็นโลหะลิเธียม และชั้นนอกเป็นชั้นป้องกันที่มีการนำไฟฟ้าลิเธียมไอออนที่ดีและการนำไฟฟ้า ในกระบวนการเตรียมการลิเธียม ผงลิเธียมจะกระจายตัวในตัวทำละลายอินทรีย์ก่อน จากนั้นจึงพ่นการกระจายตัวบนแผ่นอิเล็กโทรดลบ จากนั้นตัวทำละลายอินทรีย์ที่ตกค้างบนแผ่นอิเล็กโทรดลบจะแห้ง จึงได้แผ่นอิเล็กโทรดลบ เสร็จสิ้นก่อนการลิเธียม งานประกอบต่อมามีความสอดคล้องกับกระบวนการปกติ

ในระหว่างการก่อตัว ผงลิเธียมที่พ่นบนขั้วลบจะถูกใช้จนหมดในการก่อตัวของฟิล์ม SEI เพื่อเพิ่มการกักเก็บลิเธียมไอออนจากขั้วบวกบวกและปรับปรุงความจุของแบตเตอรี่ให้เต็ม

ข้อเสียของการใช้วิธีการก่อนการลิเธียมนี้คือเป็นการยากที่จะรับประกันความปลอดภัย และค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนวัสดุและอุปกรณ์ก็สูง

3. วิธีอิเล็กโทรดสามชั้นเชิงลบ

เนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์และกระบวนการ การเปลี่ยนแปลงที่มีต้นทุนสูงเพื่อจุดประสงค์ในการเตรียมการสลายก่อนการผลิตจึงไม่ใช่เรื่องสำคัญสำหรับโรงงานแบตเตอรี่ หากกระบวนการก่อนการลิเธียมสามารถทำได้ในลักษณะที่โรงงานแบตเตอรี่คุ้นเคย ความนิยมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก วิธีอิเล็กโทรดสามชั้นที่กล่าวถึงด้านล่างทำให้การทำงานของโรงงานแบตเตอรี่ง่ายขึ้น แกนหลักของวิธีอิเล็กโทรดสามชั้นอยู่ในการบำบัดฟอยล์ทองแดง เมื่อเทียบกับฟอยล์ทองแดงปกติ ฟอยล์ทองแดงของวิธีอิเล็กโทรดสามชั้นเคลือบด้วยผงโลหะลิเธียมที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวในภายหลัง เพื่อป้องกันไม่ให้ผงลิเธียมทำปฏิกิริยากับอากาศจึงเคลือบด้วยชั้นป้องกัน อิเล็กโทรดลบถูกเคลือบโดยตรงบนชั้นป้องกัน หลังจากที่เซลล์เต็มไปด้วยของเหลว ชั้นป้องกันจะละลายในอิเล็กโทรไลต์ เพื่อให้โลหะลิเธียมสัมผัสกับอิเล็กโทรดลบ และลิเธียมไอออนที่ใช้โดยการก่อตัวของฟิล์ม SEI ในระหว่างการก่อตัวจะถูกเสริมด้วยผงโลหะลิเธียม รูปภาพของอิเล็กโทรดหลังจากชาร์จเป็นดังนี้: วิธีนี้ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเงื่อนไขการประมวลผลของโรงงานแบตเตอรี่ แต่ความเสถียรของชั้นป้องกันที่ส่วนขั้วกรอกลับและคลี่คลาย กลิ้ง ตัด และสถานีอื่น ๆ เป็น ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการวิจัยและพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรด นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะรับประกันการยึดเกาะของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบหลังจากที่ผงโลหะลิเธียมหายไป และลิเธียมไอออนที่ใช้โดยการก่อตัวของฟิล์ม SEI ในระหว่างการก่อตัวจะถูกเสริมด้วยผงโลหะลิเธียม รูปภาพของอิเล็กโทรดหลังจากชาร์จเป็นดังนี้: วิธีนี้ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเงื่อนไขการประมวลผลของโรงงานแบตเตอรี่ แต่ความเสถียรของชั้นป้องกันที่ส่วนขั้วกรอกลับและคลี่คลาย กลิ้ง ตัด และสถานีอื่น ๆ เป็น ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการวิจัยและพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรด นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะรับประกันการยึดเกาะของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบหลังจากที่ผงโลหะลิเธียมหายไป และลิเธียมไอออนที่ใช้โดยการก่อตัวของฟิล์ม SEI ในระหว่างการก่อตัวจะถูกเสริมด้วยผงโลหะลิเธียม รูปภาพของอิเล็กโทรดหลังจากชาร์จเป็นดังนี้: วิธีนี้ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเงื่อนไขการประมวลผลของโรงงานแบตเตอรี่ แต่ความเสถียรของชั้นป้องกันที่ส่วนขั้วกรอกลับและคลี่คลาย กลิ้ง ตัด และสถานีอื่น ๆ เป็น ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการวิจัยและพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรด นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะรับประกันการยึดเกาะของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบหลังจากที่ผงโลหะลิเธียมหายไป

3. Cathode Li-rich Material Method

คู่ค้ารายย่อยที่ทำงานในองค์กรต้องมีประสบการณ์อย่างลึกซึ้งว่าแม้แต่สิ่งที่สามารถประสบความสำเร็จได้ภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการก็มีแนวโน้มที่จะย้ายไปยังการผลิตขนาดใหญ่ขององค์กรได้ยาก ต้นทุนการเปลี่ยนรูปของอุปกรณ์ ต้นทุนในการป้อนมวลของวัสดุ และต้นทุนการควบคุมของสภาพแวดล้อมในการประมวลผลทั้งหมดอาจกลายเป็นการบาดเจ็บร้ายแรงที่เทคโนโลยีใหม่ไม่สามารถส่งเสริมได้ สำหรับอุตสาหกรรมที่กระบวนการและอุปกรณ์ของแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นได้รับการพัฒนาโดยพื้นฐานแล้ว โซลูชันก่อนกระบวนการลิเธียมที่องค์กรต้องการจะเป็นวิธีการที่สามารถส่งเสริมได้โดยตรงโดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงในสถานที่มากเกินไปหรือแม้แต่เข้าควบคุม วิธีการวัสดุที่อุดมด้วยแคโทดลิเธียมตอบสนองความต้องการของโรงงานแบตเตอรี่ในเรื่องนี้

เมื่อผลกระทบแรกของอิเล็กโทรดลบต่ำกว่าอิเล็กโทรดบวก ลิเธียมไอออนจำนวนมากจะสูญเสียไปยังอิเล็กโทรดลบในระหว่างการก่อตัว ส่งผลให้พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดบวกไม่สามารถเติมให้ต่ำเกินไปด้วยลิเธียมไอออนหลังจากปล่อย ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพื้นที่อินเทอร์คาเลชันลิเธียมขั้วบวกของอิเล็กโทรด หากเพิ่มวัสดุลิเธียมความจุกรัมสูงจำนวนเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรดบวก ไม่เพียงแต่จะให้ลิเธียมไอออนมากขึ้นสำหรับการก่อตัวของฟิล์ม SEI ในระหว่างการสังเคราะห์ทางเคมี แต่ยังไม่ต้องกังวลว่าวัสดุลิเธียมจะไม่สามารถแทรกแซงได้ ลิเธียมอีกครั้งระหว่างการคายประจุ (เนื่องจากการบริโภคลิเธียมไอออนทั้งหมดที่จัดหาโดยวัสดุที่อุดมด้วยลิเธียม) ดีที่สุดของทั้งสองโลกใช่หรือไม่

ปัจจุบัน วัสดุลิเธียมทั่วไปคือ Li5FeO4 ซึ่งมีความจุกรัมสูงถึง 700mAh/g แต่ละโมเลกุลสามารถปลดปล่อย Li+ สี่ตัวระหว่างการก่อตัว สมการจะเป็นดังนี้:

Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2

ปฏิกิริยาข้างต้นไม่สามารถย้อนกลับได้เท่ากับการแตกตัวของอิเล็กโทรดขั้วบวกสำหรับแบตเตอรี่ Li-ion เนื่องจาก O2 ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาถูกคายประจุออกจากแบตเตอรี่ พร้อมกับ degassing. อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุที่อุดมด้วยลิเธียมมีความจุสูง การเพิ่มสัดส่วนเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรดบวกจึงสามารถเสริมลิเธียมไอออนที่เพียงพอสำหรับโพลาไรซ์เชิงลบได้ ดังนั้น ตราบใดที่มีความเสถียรของผลิตภัณฑ์ LiFeO2 ในอิเล็กโทรไลต์ ก็สามารถปรับปรุงแบตเตอรี่ให้เต็มได้ บทบาทของความจุ

ในการดำเนินการตามแผนนี้โดยเฉพาะ หากมีการสำรวจกระบวนการผสมและเคลือบ Li5FeO4 ด้วยวัสดุแอกทีฟที่เป็นบวก จะทำให้โรงงานแบตเตอรี่สามารถดำเนินการก่อนการลิเธียมเสร็จสิ้นโดยไม่ต้องดัดแปลงอุปกรณ์ใดๆ ซึ่งดูโง่เขลา การดำเนินการประเภทนี้มักจะเป็นที่ชื่นชอบขององค์กร

มีการแนะนำวิธีการต่าง ๆ ของกระบวนการก่อนการลิเธียมที่นี่ ควรสังเกตว่าวิธีการเตรียมการลิเธียมแบบต่างๆ ที่กล่าวถึงข้างต้นมุ่งเป้าไปที่แบตเตอรี่เต็มซึ่งประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดลบก่อนจะต่ำกว่าอิเล็กโทรดบวก . สำหรับแบตเตอรี่ที่มีเอฟเฟกต์แรกเป็นบวกที่ต่ำกว่า วิธีการข้างต้นนั้นไร้ประโยชน์โดยพื้นฐานแล้ว เนื่องจากเอฟเฟกต์แรกของแบตเตอรี่เต็มถูกจำกัดด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีที่ว่างเพียงพอสำหรับการใส่ลิเธียมอีกต่อไปหลังจากอิเล็กโทรดบวกถูกชาร์จ แม้ว่าภายนอก ลิเธียมเสริม ไม่สามารถฝังอิเล็กโทรดบวก ดังนั้นจึงไม่มีผล