Forbedring af den oprindelige coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier er et komplekst og vigtigt emne, som er direkte relateret til batteriets energiudnyttelse og overordnede ydeevne. Det følgende er en dybdegående analyse af de faktorer, der påvirker den første coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier fra flere perspektiver, og foreslår tilsvarende løsninger.
1. Faktorer, der påvirker den første coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier
(1) Anodens materialeegenskaber
①Specifikt overfladeareal: Jo større det specifikke overfladeareal af grafitanodeelektroden er, jo flere lithiumioner kræves der for at danne den faste elektrolytgrænsefladefilm (SEI-film), hvorved den første coulombiske effektivitet reduceres.
②Materialetype: Selvom siliciumbaserede anodeelektrodematerialer har høj lithiumlagringskapacitet, kan deres store volumenændringer nemt føre til SEI-filmustabilitet, hvilket yderligere reducerer den første coulombiske effektivitet.
|
|
|
(2) Elektrolytsammensætning
①Opløsningsmiddeltype: Typen af opløsningsmiddel i elektrolytten har en betydelig effekt på dannelsen og stabiliteten af SEI-filmen. For eksempel er en elektrolyt med et højt indhold af ethylencarbonat (EC) befordrende for dannelsen af en stabil SEI-film, men for højt eller for lavt indhold kan føre til et fald i den første coulombiske effektivitet.
②Additiver: Filmdannende additiver i elektrolytten, såsom vinylencarbonat (VC), kan fremme dannelsen af SEI-filmen og forbedre dens stabilitet og derved forbedre den første coulombiske effektivitet.
(3) Dannelse
①Ladespænding og strøm: Spændings- og strømindstillingerne under formationsopladning påvirker direkte dannelseskvaliteten og tykkelsen af SEI-filmen. For høj spænding og strøm kan forårsage, at SEI-filmen bliver for tyk og ujævn, hvilket øger forbruget af lithiumioner og reducerer den første coulombiske effektivitet.
②Formationskapacitet: Formationsladningskapaciteten er en vigtig faktor, der påvirker SEI-filmdannelseseffekten. Den passende dannelseskapacitet kan sikre dannelseskvaliteten af SEI-filmen og samtidig undgå for stort lithiumionforbrug.
(4) Batterifremstillingsproces
①Belægning og kalandrering: Belægningstykkelsen og komprimeringsdensiteten af katoden og anoden har en vigtig indflydelse på transporten af lithiumioner og dannelsen af SEI-filmen. Ujævn belægning og overdreven komprimeringstæthed kan føre til et fald i den første coulombiske effektivitet.
 |
 |
②Opvikling og samling: Faktorer som spændingskontrol og justering under opvikling, renhed under montering kan påvirke batteriets indre struktur og ydeevne og derved påvirke den første coulombiske effektivitet.
|
|
|
2. Måder at forbedre den første coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier
(1) Optimer anodematerialer
①Reducer det specifikke overfladeareal: Ved at optimere partikelmorfologien og partikelstørrelsesfordelingen af anodeelektrodematerialet kan dets specifikke overfladeareal reduceres og derved reducere mængden af lithiumioner, der kræves til SEI-filmdannelse.
②Tilføjelse af stabilisatorer: Introduktion af stabilisatorer såsom kulstofbelægning i anodeelektrodematerialet for at forbedre dets strukturelle stabilitet og stabiliteten af SEI-filmen.
(2) Justering af elektrolytformuleringen
①Optimer opløsningsmiddelforholdet: Juster forholdet mellem hvert opløsningsmiddel i elektrolytten i henhold til egenskaberne for anodeelektrodematerialet for at danne en stabil og tæt SEI-film.
②Tilføjelse af filmdannende additiver: Tilsæt en passende mængde filmdannende additiver såsom VC til elektrolytten for at fremme dannelsen af SEI-film og forbedre dens stabilitet.
(3) Optimer formationen
①Præcis kontrol af spænding og strøm: Kontroller præcist spændings- og strømindstillingerne under formationsopladning i henhold til egenskaberne for anodeelektrodematerialet og batteridesignkravene.
②Optimer dannelseskapacitet: Bestem det optimale område for dannelsesladningskapacitet gennem eksperimenter for at sikre kvaliteten af SEI-filmdannelse og undgå for stort lithiumionforbrug.
(4) Forbedring af batteriproduktionsprocesser
①Forbedre belægnings- og komprimeringsnøjagtighed: Brug avanceret belægnings- og kalandreringsudstyr og -teknologi til at forbedre ensartetheden af belægningstykkelsen og komprimeringsdensiteten af positive elektroder og anodeelektroder.
②Styrk renlighed og kvalitetskontrol: Styrk renhedskontrol og kvalitetsinspektion under batterifremstillingsprocessen for at sikre integriteten af batteriets interne struktur og ydeevnestabilitet.
(5) Brug af pre-lithiation teknologi
Anodeelektrode-for-lithiering: Et lithiumlag er forudaflejret på anodeelektrodeoverfladen gennem præ-lithieringsteknologi for at kompensere for de lithiumioner, der forbruges, når SEI-filmen dannes, og derved forbedre den første coulombiske effektivitet. Almindelige præ-lithieringsmetoder omfatter tidlig dannelse af anodeelektroden og sprøjtning af lithiumpulver på anodeelektroden.
3. Konklusion
Forbedring af den første coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier kræver flere tilgange. Overvej omfattende faktorer såsom anodematerialeegenskaber, elektrolytsammensætning, dannelses- og opladningssystem og batterifremstillingsproces. Ved at optimere disse faktorer og anvende avanceret præ-lithiation-teknologi kan den første coulombiske effektivitet af lithium-ion-batterier effektivt forbedres, og deres samlede ydeevne kan forbedres. Det skal bemærkes, at strategierne til at forbedre den første coulombiske effektivitet kan være forskellige under forskellige materiale- og procesbetingelser, så eksperimenter og optimering skal udføres i henhold til specifikke omstændigheder.
