鋰電池廠家淺談鋰電池預(yù)鋰化是什么?鋰電池預(yù)鋰化技術(shù)

來源：存能電氣  日期：2019-11-25 11:33  瀏覽量：次

　　鋰電池廠家淺談鋰電池預(yù)鋰化是什么？鋰電池預(yù)鋰化技術(shù)。近年來以鋰電池為動力的電動汽車正在迅速發(fā)展，然而鋰電池的性能隨著溫度的降低而迅速下降；預(yù)鋰化表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，已經(jīng)應(yīng)用于混合型鋰離子電容器。下面由鋰電池廠家淺談鋰電池預(yù)鋰化是什么？鋰電池預(yù)鋰化技術(shù)。

　　一、鋰電池廠家淺談鋰電池預(yù)鋰化是什么？

　　對全電池而言，化成時負(fù)極界面形成的SEI膜會消耗掉從正極脫嵌的鋰離子，并降低電池的容量；如果我們可以從正極材料外再尋找到一個鋰源，讓SEI膜的形成消耗外界鋰源的鋰離子，這樣就可以保證正極脫嵌的鋰離子不會浪費(fèi)于化成過程，最終就可以提高鋰電池容量。這個提供外界鋰源的過程，就是預(yù)鋰化。

　　預(yù)鋰化的主要方法

　　1、負(fù)極提前化成法

　　讓負(fù)極單獨(dú)化成，待負(fù)極形成SEI膜后再與正極裝配，避免化成對正極鋰離子的損耗，并大幅提升全電池的首次效率及容量。這種預(yù)鋰化方法的優(yōu)點(diǎn)是可以最大限度的模擬正?；闪鞒?，同時保證SEI膜的形成效果與鋰電池相近，但是負(fù)極片的提前化成和正負(fù)極片的裝配這兩個工序，操作難度過大。

　　2、負(fù)極噴涂鋰粉法

　　制作出一種穩(wěn)定的金屬鋰粉末顆粒，顆粒的內(nèi)層為金屬鋰，外層為具有良好鋰離子導(dǎo)通率和電子導(dǎo)通率的保護(hù)層；預(yù)鋰化過程中，先將鋰粉分散在有機(jī)溶劑中，然后將分散體噴涂在負(fù)極片上，接著將負(fù)極片上的殘留有機(jī)溶劑干燥，這樣就得到了完成預(yù)鋰化的負(fù)極片。

　　化成時，噴涂在負(fù)極上的鋰粉會消耗于SEI膜的形成，從而最大限度的保留從正極脫嵌的鋰離子，提高鋰電池的容量，采用這種預(yù)鋰化方法的缺點(diǎn)是安全性較難保證，材料及設(shè)備改造成本較高。

　　3、負(fù)極三層電極法

　　與正常銅箔相比，三層電極法的銅箔被涂上了后期化成所需要的金屬鋰粉，為了保護(hù)鋰粉不與空氣反應(yīng)，又涂上了一層保護(hù)層；負(fù)極則直接涂在保護(hù)層上。

　　當(dāng)電芯完成注液后，保護(hù)層會溶解于電解液中，從而讓金屬鋰與負(fù)極接觸，化成時形成SEI膜所消耗的鋰離子由金屬鋰粉補(bǔ)充，這種方法對鋰電池廠加工條件沒有苛刻要求，但是保護(hù)層在極片收放卷、輥壓、裁切等工位的穩(wěn)定性是對電極材料研發(fā)的很大挑戰(zhàn)，金屬鋰粉化成消失后負(fù)極材料粘結(jié)性的保證也頗有難度。

　　4，正極富鋰材料法

　　當(dāng)負(fù)極首效低于正極時，化成時就會有太多的鋰離子損耗于負(fù)極，造成放電后正極有效空間無法被鋰離子欠滿，形成正極嵌鋰空間的浪費(fèi)；如果在正極中加入少量的高克容量富鋰化材料，這樣既可以為化成時SEI膜的形成提供更多的鋰離子，也不用擔(dān)心放電時富鋰化材料無法再次嵌鋰。

　　二、鋰電池預(yù)鋰化技術(shù)

　　常見的預(yù)鋰化方式是負(fù)極補(bǔ)鋰，如鋰箔補(bǔ)鋰、鋰粉補(bǔ)鋰等，都是目前重點(diǎn)發(fā)展的預(yù)鋰化工藝；此外，還有利用硅化鋰粉和電解鋰鹽水溶液來進(jìn)行預(yù)鋰化的技術(shù)。

　　1、鋰箔補(bǔ)鋰

　　鋰箔補(bǔ)鋰是利用自放電機(jī)理進(jìn)行補(bǔ)鋰的技術(shù)。金屬鋰的電位在所有電極材料中最低，由于電勢差的存在，當(dāng)負(fù)極材料與金屬鋰箔接觸時，電子自發(fā)地向負(fù)極移動，伴隨著Li+在負(fù)極的嵌入。

　　2、穩(wěn)定化鋰金屬粉末(SLMP)

　　與在合漿過程中加入相比，SLMP直接加載到干燥的負(fù)極表面更簡單易行。使用SLMP對硅-碳納米管負(fù)極進(jìn)行預(yù)鋰化，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的SLMP/甲苯溶液滴在硅-碳納米管負(fù)極表面，待甲苯溶劑揮發(fā)后，進(jìn)行壓片、激活，預(yù)鋰化后，負(fù)極的首次不可逆容量減少了20%～40%。

　　3、硅化鋰粉

　　納米硅化鋰粉的尺寸很小，更有利于在負(fù)極中的分散；此外，其已處于膨脹狀態(tài)，循環(huán)過程中的體積變化不會對整個電極的結(jié)構(gòu)造成影響。

　　4、電解鋰鹽水溶液進(jìn)行補(bǔ)鋰

　　通過在電解池中電解Li2SO4水溶液來對硅進(jìn)行補(bǔ)鋰，犧牲電極為浸入Li2SO4中的銅線，無論是使用鋰箔、SLMP還是硅化鋰粉來補(bǔ)鋰，都要涉及金屬鋰的使用。金屬鋰價格高、活性大，操作困難，儲存與運(yùn)輸需要高額的費(fèi)用用于保護(hù)。

　　隨著鋰電池材料研究的深入、制造水平的提升以及市場對電池性能要求的提高,通過傳統(tǒng)更換電極材料、開發(fā)新的電解液的思路來提升鋰電池性能已經(jīng)非常有限。預(yù)鋰化技術(shù)的出現(xiàn)為鋰電池性能提升,特別是在改善不可逆容量損失,提升能量密度方面給出了一條有效的解決方案,為鋰電池技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。

　　綜合上述預(yù)鋰化技術(shù)在鋰離子電池應(yīng)用方面的最新研究進(jìn)展,從預(yù)鋰化材料選擇、預(yù)鋰化工藝方法、預(yù)鋰化對鋰電池性能影響機(jī)理等幾個方面進(jìn)行了綜述,展望了預(yù)鋰化技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。