Technologie de supplémentation en lithium de la cathode et de l'anode des batteries lithium-ion
Supplément de lithium du matériau d'électrode par pré-lithiation contrebalance la perte irréversible de lithium causée par la formation d'un film SEI.
Table des matières
Lors de la première charge d'une batterie lithium-ion, l'électrolyte organique se réduit et se décompose à la surface de l'anode, telle que le graphite, pour former un film d'interface de phase électrolytique solide, consommant en permanence une grande quantité de lithium de la batterie lithium-ion. matériaux de cathodeCe qui se traduit par une faible efficacité coulombienne lors du premier cycle et réduit la capacité et la densité énergétique de la batterie lithium-ion. Pour résoudre ce problème, la technologie de pré-lithiation a été étudiée.
L'ajout de lithium au matériau d'électrode par pré-lithiation contrebalance la perte irréversible de lithium causée par la formation du film SEI pour augmenter la capacité totale et la densité d'énergie de la batterie.
Technologie de supplément de lithium à l'anode
La méthode courante de pré-lithiation est le supplément de lithium de l'anode, comme le supplément de lithium par feuille de lithium, le supplément de lithium par poudre de lithium, etc. En outre, il existe également des technologies qui utilisent la poudre de siliciure de lithium et la solution électrolytique de saumure de lithium pour effectuer la pré-lithiation.
Supplément de lithium par l'intermédiaire d'une feuille de lithium
Le supplément de lithium par feuille de lithium est une technique de supplément de lithium utilisant le mécanisme d'autodécharge. Le potentiel du lithium métal est le plus faible de tous les matériaux d'électrode et, en raison de la différence de potentiel, lorsque l'électrode de lithium se décharge, elle se décharge d'elle-même. anode de batterie lithium-ion est en contact avec la feuille de lithium métal, les électrons se déplacent spontanément vers l'anode, ce qui s'accompagne de l'incorporation de Li+ dans l'anode.
L'anode de nanofils de silicium cultivés sur un substrat d'acier inoxydable a été soumise à un supplément de lithium en ajoutant de l'électrolyte goutte à goutte, puis en la mettant directement en contact avec la feuille de lithium. Des tests de demi-cellule ont été effectués sur l'anode supplémentée en lithium et ont révélé que : la tension de circuit ouvert sans supplément de lithium était de 1,55 V, et la première décharge de 0,1C à l'anode supplémentée en lithium avait une tension de circuit ouvert de 1.55 V et une capacité de lithium intégrée de 3 800 mAh/g à 0,01-1,00 V pour la première décharge de 0,1 C ; le nanofil de silicium supplémenté en lithium avait une tension de circuit ouvert de 0,25 V et une capacité de lithium intégrée de 1 600 mAh/g pour la première fois.
L'anode en étain-carbone a été directement mise en contact avec la feuille de lithium imprégnée d'électrolyte pendant 180 minutes, et un supplément de lithium a été effectué. Le supplément de lithium a été testé avec une demi-cellule, et la capacité spécifique irréversible de l'étain-carbone a été réduite de 680 mAh/g à 65 mAh/g après le supplément de lithium. L'anode a été constituée comme une cellule complète, et la multiplicité à 1,0C a été testée entre 3,1 et 4,8. L'ICE testé à V est proche de 100%, et le cycle est stable et la performance de la multiplicité est bonne.
Bien que la pré-lithiation de l'anode puisse être obtenue par contact direct avec une feuille de lithium, le degré de pré-lithiation n'est pas facile à contrôler avec précision. Une lithiation insuffisante n'améliore pas suffisamment l'ICE, tandis qu'un supplément de lithium excessif peut entraîner la formation d'un placage métallique de lithium à la surface de l'anode.
Les chercheurs et al. ont amélioré la sécurité du supplément de lithium par l'intermédiaire d'une feuille de lithium et ont conçu une structure d'anode à trois couches de matériau actif/polymère/lithium métal qui peut être stable à l'air ambiant pendant 30 à 60 minutes, ce qui est suffisant pour le traitement de l'anode. Les trois couches sont : une couche de lithium métal déposée électrochimiquement sur une feuille de cuivre, une couche protectrice de polyméthacrylate de méthyle enduite sur la couche de lithium et une couche de matériau actif.
Poudre de lithium métallique stabilisée
Le supplément de lithium par la poudre de lithium est proposé par FMC, qui a développé la SLMP avec une capacité spécifique allant jusqu'à 3600mAh/g et une fine couche de carbonate de lithium de 2% à 5% recouverte sur la surface, qui peut être utilisée dans un environnement sec. Il existe deux façons principales d'appliquer le SLMP à la pré-lithialisation des anodes : en l'ajoutant pendant le processus de dépulpage ou en l'ajoutant directement à la surface des feuilles d'anode.
La suspension d'anode conventionnelle utilise le système PVDF/NMP ou SBR+CMC/eau déionisée, mais le SLMP est incompatible avec les solvants polaires et ne peut être dispersé que dans l'hexane, le toluène et d'autres solvants non polaires, de sorte qu'il ne peut pas être ajouté directement dans le processus de suspension conventionnel. Avec le système SBR-PVDF/toluène, le SLMP peut être directement mélangé à la suspension de l'électrode de graphite. Après la pré-lithiation de l'anode par le SLMP, l'ICE de la cellule a augmenté de 90,6% à 96,2% à 0,01 à 1,00V et 0,05C.
Il est plus simple et plus facile de charger la SLMP directement sur la surface de l'anode séchée que de l'ajouter pendant le processus de mise en pâte. La SLMP a été utilisée pour pré-lithiquer l'anode de nanotubes de silice et de carbone en déposant une fraction de masse de 3% de solution SLMP/toluène sur la surface de l'anode de nanotubes de silice et de carbone, puis en la pressant et en l'activant après l'évaporation du solvant toluène. Après la pré-lithiation, la première capacité irréversible de l'anode a été réduite de 20% à 40% .
Poudre de siliciure de lithium
La petite taille de la nanopoudre de siliciure de lithium est plus favorable à la dispersion dans l'anode. En outre, elle est déjà à l'état gonflé et le changement de volume pendant le cycle n'affecte pas la structure de l'ensemble de l'électrode. À l'heure actuelle, il existe peu d'études sur les additifs utilisés pour compléter la poudre de siliciure de lithium, et seuls quelques chercheurs ont étudié les performances de la poudre de siliciure de lithium et l'amélioration de la stabilité de la poudre de siliciure de lithium.
Le système de demi-cellule a été chargé et déchargé à une tension de 0,01 à 1,00 V à 0,05 C. L'ICE de l'anode en silice est passé de 76% à 94% avec l'ajout de 15% de poudre de siliciure de lithium ; l'ICE des microsphères de carbone en phase intermédiaire est passé de 75% à 99% avec l'ajout de 9% de poudre de siliciure de lithium ; et l'ICE de l'anode en graphite est passé de 87% à 99% avec l'ajout de 7% de poudre de siliciure de lithium.
Supplément de lithium par électrolyse d'une solution aqueuse de saumure de lithium
Que le supplément de lithium soit réalisé à l'aide d'une feuille de lithium, d'un SLMP ou d'une poudre de siliciure de lithium, il implique l'utilisation de lithium métal. Le lithium métal est cher, réactif, difficile à manipuler et nécessite des coûts élevés de stockage et de transport pour la protection. Si le processus de supplémentation en lithium n'implique pas de lithium métal, il peut permettre de réduire les coûts et d'améliorer les performances en matière de sécurité. Le silicium peut être supplémenté en lithium par électrolyse d'une solution aqueuse de Li2SO4 dans une cellule électrolytique, l'électrode sacrificielle étant un fil de cuivre immergé dans le Li2SO4.
Technologie de supplément de lithium à la cathode
Un supplément de lithium pour cathode typique est une petite quantité de matériau à haute capacité ajoutée au processus de synthèse de la cathode, et pendant le processus de charge, le Li+ est retiré du matériau à haute capacité pour compenser la perte de capacité irréversible pendant la première charge et la première décharge. Actuellement, les principaux matériaux utilisés comme additifs pour le supplément de lithium de la cathode sont : les composés riches en lithium, les nanocomposites basés sur des réactions de conversion et les composés binaires de lithium.
Composés riches en lithium
Le matériau riche en Li Li1+xNi0.5Mn1.5O4 a été utilisé pour compenser la perte de capacité irréversible de la cellule Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4 complète. La rétention de capacité des cellules utilisant une cathode hybride avec 0,33C pour 100 cycles à 3,00 à 4,78 V est de 75%, alors que celle des cellules utilisant une cathode LiNi0,5Mn1,5O4 pure n'est que de 51%. Li2NiO2 peut également être utilisé comme additif au supplément de lithium de la cathode, mais il est moins stable dans l'air. Li2NiO2 peut être modifié en utilisant de l'aluminium isopropanolique, et un matériau Li2NiO2 recouvert d'alumine, stable dans l'air, a été synthétisé avec d'excellents résultats en termes de supplément de lithium.
Nanocomposites basés sur des réactions de conversion
Malgré l'efficacité des composés riches en lithium en tant qu'additif de supplément de lithium, le premier effet de supplément de lithium est toujours limité par une capacité spécifique plus faible. Les nanocomposites basés sur la réaction de conversion peuvent apporter une grande quantité de lithium pendant la première charge de la batterie en raison de la présence d'une hystérésis de tension de charge/décharge importante, alors que la réaction intégrée au lithium ne peut pas se produire pendant le processus de décharge.
Avec les composites synthétisés nano-Co/oxyde de lithium cyclés à 50mA/g à 4,1 à 2,5V, la capacité spécifique de la première charge a atteint 619mAh/g et la capacité spécifique de décharge n'était que de 10mAh/g ; après 8h d'exposition à l'air ambiant, la capacité spécifique de dé-lithium n'était que de 51mAh/g inférieure à la valeur initiale, et après 2d placement, la capacité spécifique de dé-lithium était encore de 418mAh/g, ce qui présente une bonne stabilité environnementale, compatible avec le processus de production des batteries commerciales.
Le fluorure de lithium est un matériau potentiel de supplément de lithium pour les cathodes en raison de sa teneur élevée en lithium et de sa bonne stabilité. Les nanomatériaux M/LiF construits par la réaction de conversion peuvent surmonter les problèmes de faible conductivité du LiF et de conductivité ionique, de potentiel de décomposition électrochimique élevé et de produits de décomposition nocifs, ce qui fait du fluorure de lithium un excellent additif de supplément de lithium pour les cathodes. La capacité théorique du sulfure de lithium atteint 1166 mAh/g, mais il reste encore de nombreux problèmes à résoudre lorsqu'il est utilisé comme additif au lithium, tels que la compatibilité avec l'électrolyte, l'isolation et la mauvaise stabilité environnementale.
Malgré la capacité de supplémentation en lithium supérieure à celle des composés riches en lithium, les nanocomposites basés sur des réactions de conversion peuvent présenter des oxydes, fluorures et sulfures métalliques inactifs résiduels après la première supplémentation en lithium, ce qui réduit la densité énergétique de la batterie. Pour plus d'informations, veuillez vous référer à la page Batterie ionique au fluorure article.
Composés binaires de lithium
Les capacités spécifiques théoriques des composés binaires de lithium sont beaucoup plus élevées. Li2O2, Li2O et Li3N ont des capacités spécifiques théoriques de 1168 mAh/g, 1797 mAh/g et 2309 mAh/g, respectivement, et des effets similaires de supplémentation en lithium peuvent être obtenus avec seulement de petites additions. Théoriquement, les résidus de ces matériaux après l'ajout de lithium sont O2, N2, etc., qui peuvent être expulsés pendant la formation du film SEI dans la batterie.
Les capacités spécifiques de première charge des électrodes LiCoO2 avec 1% et 2% Li3N ajouté à 0,1C à 3,0-4,2V étaient 167,6 mAh/g et 178,4 mAh/g, respectivement, dans le système de demi-cellule, ce qui était supérieur à LiCoO2 pur 18,0 mAh/g et 28,7 mAh/g.
Le Li2O2 commercial est mélangé à du NCM pour compenser la perte de lithium lors de la première charge de l'anode en graphite. Le NCM dans l'électrode hybride joue le double rôle de matériau actif et de catalyseur. Pour catalyser efficacement la décomposition de Li2O2, le NCM obtenu en ajoutant 1% de broyage à billes pendant 6 h à la cathode. La cellule complète a été chargée et déchargée de 2,75 à 4,60 V avec une capacité spécifique réversible de 0,3C de 165,4 mAh/g, ce qui est 20,5% plus élevé que la cellule complète graphite|NCM.
Les tests montrent que l'oxygène libéré par la décomposition du Li2O2 consomme le Li+ limité dans la cellule complète, ce qui entraîne une dégradation significative de la capacité de la cellule complète additionnée de Li2O2, mais la capacité peut être récupérée après l'expulsion du gaz. La première charge de la batterie dans le processus de production actuel est effectuée dans un système ouvert, et les gaz provenant de la formation du film SEI et de certaines réactions secondaires sont expulsés avant le scellement, ce qui réduit l'impact de la libération d'O2.
Résumé
Si l'on compare les deux méthodes de supplémentation en lithium, les réactifs de supplémentation en lithium (feuille de lithium, poudre de lithium et poudre de siliciure de lithium) utilisés dans la supplémentation en lithium de l'anode ont une capacité élevée, mais l'opération est compliquée et requiert des exigences environnementales élevées ; l'ajout d'un additif de supplémentation en lithium à la cathode dans la supplémentation en lithium de la cathode est sûr et stable et compatible avec le processus de production de batteries existant.
Les recherches futures sur la technologie du supplément de lithium pour l'anode devraient se concentrer sur l'amélioration de sa stabilité dans le processus de fabrication de la batterie, le développement de solutions techniques compatibles avec la production industrielle et les processus simples ; le supplément de lithium pour la cathode devrait se concentrer sur le développement de la capacité de supplément de lithium, l'utilisation de petites quantités, le résidu de supplément de lithium après la petite quantité de système d'additif.
Si vous souhaitez obtenir plus d'informations, vous pouvez vous référer à la page d'accueil de la Commission européenne. les 5 premiers fabricants de suppléments de lithium en Chine que j'ai compilé auparavant.
Technologie de supplémentation en lithium de la cathode et de l'anode des batteries lithium-ion
Supplément de lithium du matériau d'électrode par pré-lithiation contrebalance la perte irréversible de lithium causée par la formation d'un film SEI.
Lors de la première charge d'une batterie lithium-ion, l'électrolyte organique se réduit et se décompose à la surface de l'anode, telle que le graphite, pour former un film d'interface de phase électrolytique solide, consommant en permanence une grande quantité de lithium de la batterie lithium-ion. matériaux de cathodeCe qui se traduit par une faible efficacité coulombienne lors du premier cycle et réduit la capacité et la densité énergétique de la batterie lithium-ion. Pour résoudre ce problème, la technologie de pré-lithiation a été étudiée.
L'ajout de lithium au matériau d'électrode par pré-lithiation contrebalance la perte irréversible de lithium causée par la formation du film SEI pour augmenter la capacité totale et la densité d'énergie de la batterie.
Technologie de supplément de lithium à l'anode
La méthode courante de pré-lithiation est le supplément de lithium de l'anode, comme le supplément de lithium par feuille de lithium, le supplément de lithium par poudre de lithium, etc. En outre, il existe également des technologies qui utilisent la poudre de siliciure de lithium et la solution électrolytique de saumure de lithium pour effectuer la pré-lithiation.
Supplément de lithium par l'intermédiaire d'une feuille de lithium
Le supplément de lithium par feuille de lithium est une technique de supplément de lithium utilisant le mécanisme d'autodécharge. Le potentiel du lithium métal est le plus faible de tous les matériaux d'électrode et, en raison de la différence de potentiel, lorsque l'électrode de lithium se décharge, elle se décharge d'elle-même. anode de batterie lithium-ion est en contact avec la feuille de lithium métal, les électrons se déplacent spontanément vers l'anode, ce qui s'accompagne de l'incorporation de Li+ dans l'anode.
L'anode de nanofils de silicium cultivés sur un substrat d'acier inoxydable a été soumise à un supplément de lithium en ajoutant de l'électrolyte goutte à goutte, puis en la mettant directement en contact avec la feuille de lithium. Des tests de demi-cellule ont été effectués sur l'anode supplémentée en lithium et ont révélé que : la tension de circuit ouvert sans supplément de lithium était de 1,55 V, et la première décharge de 0,1C à l'anode supplémentée en lithium avait une tension de circuit ouvert de 1.55 V et une capacité de lithium intégrée de 3 800 mAh/g à 0,01-1,00 V pour la première décharge de 0,1 C ; le nanofil de silicium supplémenté en lithium avait une tension de circuit ouvert de 0,25 V et une capacité de lithium intégrée de 1 600 mAh/g pour la première fois.
L'anode en étain-carbone a été directement mise en contact avec la feuille de lithium imprégnée d'électrolyte pendant 180 minutes, et un supplément de lithium a été effectué. Le supplément de lithium a été testé avec une demi-cellule, et la capacité spécifique irréversible de l'étain-carbone a été réduite de 680 mAh/g à 65 mAh/g après le supplément de lithium. L'anode a été constituée comme une cellule complète, et la multiplicité à 1,0C a été testée entre 3,1 et 4,8. L'ICE testé à V est proche de 100%, et le cycle est stable et la performance de la multiplicité est bonne.
Bien que la pré-lithiation de l'anode puisse être obtenue par contact direct avec une feuille de lithium, le degré de pré-lithiation n'est pas facile à contrôler avec précision. Une lithiation insuffisante n'améliore pas suffisamment l'ICE, tandis qu'un supplément de lithium excessif peut entraîner la formation d'un placage métallique de lithium à la surface de l'anode.
Les chercheurs et al. ont amélioré la sécurité du supplément de lithium par l'intermédiaire d'une feuille de lithium et ont conçu une structure d'anode à trois couches de matériau actif/polymère/lithium métal qui peut être stable à l'air ambiant pendant 30 à 60 minutes, ce qui est suffisant pour le traitement de l'anode. Les trois couches sont : une couche de lithium métal déposée électrochimiquement sur une feuille de cuivre, une couche protectrice de polyméthacrylate de méthyle enduite sur la couche de lithium et une couche de matériau actif.
Poudre de lithium métallique stabilisée
Le supplément de lithium par la poudre de lithium est proposé par FMC, qui a développé la SLMP avec une capacité spécifique allant jusqu'à 3600mAh/g et une fine couche de carbonate de lithium de 2% à 5% recouverte sur la surface, qui peut être utilisée dans un environnement sec. Il existe deux façons principales d'appliquer le SLMP à la pré-lithialisation des anodes : en l'ajoutant pendant le processus de dépulpage ou en l'ajoutant directement à la surface des feuilles d'anode.
La suspension d'anode conventionnelle utilise le système PVDF/NMP ou SBR+CMC/eau déionisée, mais le SLMP est incompatible avec les solvants polaires et ne peut être dispersé que dans l'hexane, le toluène et d'autres solvants non polaires, de sorte qu'il ne peut pas être ajouté directement dans le processus de suspension conventionnel. Avec le système SBR-PVDF/toluène, le SLMP peut être directement mélangé à la suspension de l'électrode de graphite. Après la pré-lithiation de l'anode par le SLMP, l'ICE de la cellule a augmenté de 90,6% à 96,2% à 0,01 à 1,00V et 0,05C.
Il est plus simple et plus facile de charger la SLMP directement sur la surface de l'anode séchée que de l'ajouter pendant le processus de mise en pâte. La SLMP a été utilisée pour pré-lithiquer l'anode de nanotubes de silice et de carbone en déposant une fraction de masse de 3% de solution SLMP/toluène sur la surface de l'anode de nanotubes de silice et de carbone, puis en la pressant et en l'activant après l'évaporation du solvant toluène. Après la pré-lithiation, la première capacité irréversible de l'anode a été réduite de 20% à 40% .
Poudre de siliciure de lithium
La petite taille de la nanopoudre de siliciure de lithium est plus favorable à la dispersion dans l'anode. En outre, elle est déjà à l'état gonflé et le changement de volume pendant le cycle n'affecte pas la structure de l'ensemble de l'électrode. À l'heure actuelle, il existe peu d'études sur les additifs utilisés pour compléter la poudre de siliciure de lithium, et seuls quelques chercheurs ont étudié les performances de la poudre de siliciure de lithium et l'amélioration de la stabilité de la poudre de siliciure de lithium.
Le système de demi-cellule a été chargé et déchargé à une tension de 0,01 à 1,00 V à 0,05 C. L'ICE de l'anode en silice est passé de 76% à 94% avec l'ajout de 15% de poudre de siliciure de lithium ; l'ICE des microsphères de carbone en phase intermédiaire est passé de 75% à 99% avec l'ajout de 9% de poudre de siliciure de lithium ; et l'ICE de l'anode en graphite est passé de 87% à 99% avec l'ajout de 7% de poudre de siliciure de lithium.
Supplément de lithium par électrolyse d'une solution aqueuse de saumure de lithium
Que le supplément de lithium soit réalisé à l'aide d'une feuille de lithium, d'un SLMP ou d'une poudre de siliciure de lithium, il implique l'utilisation de lithium métal. Le lithium métal est cher, réactif, difficile à manipuler et nécessite des coûts élevés de stockage et de transport pour la protection. Si le processus de supplémentation en lithium n'implique pas de lithium métal, il peut permettre de réduire les coûts et d'améliorer les performances en matière de sécurité. Le silicium peut être supplémenté en lithium par électrolyse d'une solution aqueuse de Li2SO4 dans une cellule électrolytique, l'électrode sacrificielle étant un fil de cuivre immergé dans le Li2SO4.
Technologie de supplément de lithium à la cathode
Un supplément de lithium pour cathode typique est une petite quantité de matériau à haute capacité ajoutée au processus de synthèse de la cathode, et pendant le processus de charge, le Li+ est retiré du matériau à haute capacité pour compenser la perte de capacité irréversible pendant la première charge et la première décharge. Actuellement, les principaux matériaux utilisés comme additifs pour le supplément de lithium de la cathode sont : les composés riches en lithium, les nanocomposites basés sur des réactions de conversion et les composés binaires de lithium.
Composés riches en lithium
Le matériau riche en Li Li1+xNi0.5Mn1.5O4 a été utilisé pour compenser la perte de capacité irréversible de la cellule Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4 complète. La rétention de capacité des cellules utilisant une cathode hybride avec 0,33C pour 100 cycles à 3,00 à 4,78 V est de 75%, alors que celle des cellules utilisant une cathode LiNi0,5Mn1,5O4 pure n'est que de 51%. Li2NiO2 peut également être utilisé comme additif au supplément de lithium de la cathode, mais il est moins stable dans l'air. Li2NiO2 peut être modifié en utilisant de l'aluminium isopropanolique, et un matériau Li2NiO2 recouvert d'alumine, stable dans l'air, a été synthétisé avec d'excellents résultats en termes de supplément de lithium.
Nanocomposites basés sur des réactions de conversion
Malgré l'efficacité des composés riches en lithium en tant qu'additif de supplément de lithium, le premier effet de supplément de lithium est toujours limité par une capacité spécifique plus faible. Les nanocomposites basés sur la réaction de conversion peuvent apporter une grande quantité de lithium pendant la première charge de la batterie en raison de la présence d'une hystérésis de tension de charge/décharge importante, alors que la réaction intégrée au lithium ne peut pas se produire pendant le processus de décharge.
Avec les composites synthétisés nano-Co/oxyde de lithium cyclés à 50mA/g à 4,1 à 2,5V, la capacité spécifique de la première charge a atteint 619mAh/g et la capacité spécifique de décharge n'était que de 10mAh/g ; après 8h d'exposition à l'air ambiant, la capacité spécifique de dé-lithium n'était que de 51mAh/g inférieure à la valeur initiale, et après 2d placement, la capacité spécifique de dé-lithium était encore de 418mAh/g, ce qui présente une bonne stabilité environnementale, compatible avec le processus de production des batteries commerciales.
Le fluorure de lithium est un matériau potentiel de supplément de lithium pour les cathodes en raison de sa teneur élevée en lithium et de sa bonne stabilité. Les nanomatériaux M/LiF construits par la réaction de conversion peuvent surmonter les problèmes de faible conductivité du LiF et de conductivité ionique, de potentiel de décomposition électrochimique élevé et de produits de décomposition nocifs, ce qui fait du fluorure de lithium un excellent additif de supplément de lithium pour les cathodes. La capacité théorique du sulfure de lithium atteint 1166 mAh/g, mais il reste encore de nombreux problèmes à résoudre lorsqu'il est utilisé comme additif au lithium, tels que la compatibilité avec l'électrolyte, l'isolation et la mauvaise stabilité environnementale.
Malgré la capacité de supplémentation en lithium supérieure à celle des composés riches en lithium, les nanocomposites basés sur des réactions de conversion peuvent présenter des oxydes, fluorures et sulfures métalliques inactifs résiduels après la première supplémentation en lithium, ce qui réduit la densité énergétique de la batterie. Pour plus d'informations, veuillez vous référer à la page Batterie ionique au fluorure article.
Composés binaires de lithium
Les capacités spécifiques théoriques des composés binaires de lithium sont beaucoup plus élevées. Li2O2, Li2O et Li3N ont des capacités spécifiques théoriques de 1168 mAh/g, 1797 mAh/g et 2309 mAh/g, respectivement, et des effets similaires de supplémentation en lithium peuvent être obtenus avec seulement de petites additions. Théoriquement, les résidus de ces matériaux après l'ajout de lithium sont O2, N2, etc., qui peuvent être expulsés pendant la formation du film SEI dans la batterie.
Les capacités spécifiques de première charge des électrodes LiCoO2 avec 1% et 2% Li3N ajouté à 0,1C à 3,0-4,2V étaient 167,6 mAh/g et 178,4 mAh/g, respectivement, dans le système de demi-cellule, ce qui était supérieur à LiCoO2 pur 18,0 mAh/g et 28,7 mAh/g.
Le Li2O2 commercial est mélangé à du NCM pour compenser la perte de lithium lors de la première charge de l'anode en graphite. Le NCM dans l'électrode hybride joue le double rôle de matériau actif et de catalyseur. Pour catalyser efficacement la décomposition de Li2O2, le NCM obtenu en ajoutant 1% de broyage à billes pendant 6 h à la cathode. La cellule complète a été chargée et déchargée de 2,75 à 4,60 V avec une capacité spécifique réversible de 0,3C de 165,4 mAh/g, ce qui est 20,5% plus élevé que la cellule complète graphite|NCM.
Les tests montrent que l'oxygène libéré par la décomposition du Li2O2 consomme le Li+ limité dans la cellule complète, ce qui entraîne une dégradation significative de la capacité de la cellule complète additionnée de Li2O2, mais la capacité peut être récupérée après l'expulsion du gaz. La première charge de la batterie dans le processus de production actuel est effectuée dans un système ouvert, et les gaz provenant de la formation du film SEI et de certaines réactions secondaires sont expulsés avant le scellement, ce qui réduit l'impact de la libération d'O2.
Résumé
Si l'on compare les deux méthodes de supplémentation en lithium, les réactifs de supplémentation en lithium (feuille de lithium, poudre de lithium et poudre de siliciure de lithium) utilisés dans la supplémentation en lithium de l'anode ont une capacité élevée, mais l'opération est compliquée et requiert des exigences environnementales élevées ; l'ajout d'un additif de supplémentation en lithium à la cathode dans la supplémentation en lithium de la cathode est sûr et stable et compatible avec le processus de production de batteries existant.
Les recherches futures sur la technologie du supplément de lithium pour l'anode devraient se concentrer sur l'amélioration de sa stabilité dans le processus de fabrication de la batterie, le développement de solutions techniques compatibles avec la production industrielle et les processus simples ; le supplément de lithium pour la cathode devrait se concentrer sur le développement de la capacité de supplément de lithium, l'utilisation de petites quantités, le résidu de supplément de lithium après la petite quantité de système d'additif.
Si vous souhaitez obtenir plus d'informations, vous pouvez vous référer à la page d'accueil de la Commission européenne. les 5 premiers fabricants de suppléments de lithium en Chine que j'ai compilé auparavant.