리튬 보충제 전리튬화에 의한 전극 재료의 손실은 SEI 필름 형성으로 인한 비가역적인 리튬 손실을 상쇄합니다.
목차
리튬 이온 배터리를 처음 충전하는 동안 유기 전해질은 흑연과 같은 양극 표면에서 감소 및 분해되어 고체 전해질 상 계면 필름을 형성하여 영구적으로 많은 양의 리튬을 음극 재료이 발생하여 첫 번째 사이클에서 쿨롱 효율이 낮아지고 리튬 이온 배터리의 용량과 에너지 밀도가 감소합니다. 이 문제를 해결하기 위해 사전 리튬화 기술이 연구되었습니다.
사전 리튬화를 통한 전극 재료의 리튬 보충은 SEI 필름 형성으로 인한 비가역적 리튬 손실을 상쇄하여 배터리의 총 용량과 에너지 밀도를 높입니다.
양극 리튬 보충제 기술
일반적인 전리튬화 방법은 리튬 호일에 의한 리튬 보충, 리튬 분말에 의한 리튬 보충 등과 같은 양극 리튬 보충이 현재 개발이 집중되고 있는 전리튬화 공정입니다. 이 외에도 리튬 규화물 분말과 전해 리튬 염수 용액을 사용하여 전리튬화를 수행하는 기술도 있습니다.
리튬 호일을 통한 리튬 보충제
리튬 호일에 의한 리튬 보충은 자체 방전 메커니즘을 이용한 리튬 보충 기술입니다. 리튬 금속의 전위는 모든 전극 재료 중에서 가장 낮으며 전위차로 인해 리튬 이온 배터리 음극 물질이 리튬 금속 호일과 접촉하면 전자가 양극을 향해 자발적으로 이동하면서 양극에 Li+가 묻히게 됩니다.
스테인리스 스틸 기판 위에 성장한 실리콘 나노 와이어의 양극에 전해질을 한 방울씩 첨가하여 리튬을 보충한 다음 리튬 호일에 직접 접촉시켰습니다. 리튬이 보충된 양극에서 하프셀 테스트를 수행한 결과, 리튬이 보충되지 않은 개방 회로 전압은 1.55V, 리튬이 보충된 양극에서 처음 0.1C 방전 시 개방 회로 전압은 1.55V, 첫 0.1C 방전 시 0.01~1.00V에서 3800mAh/g의 내장 리튬 용량; 리튬이 보충된 실리콘 나노 와이어는 0.25V의 개방 회로 전압과 1600mAh/g의 내장 리튬 용량을 처음으로 가졌습니다.
주석-탄소 양극을 전해질 함침 리튬 호일과 180분 동안 직접 접촉하고 리튬 보충을 수행했습니다. 리튬 보충은 하프 셀로 테스트되었으며, 주석-카본의 비가역 비 용량은 리튬 보충 후 680mAh/g에서 65mAh/g로 감소했습니다. 양극은 풀 셀로 구성되었으며 1.0C 다중성은 3.1 ~ 4.8에서 테스트되었으며 V에서 테스트 된 ICE는 100%에 가깝고 사이클링이 안정적이고 다중성 성능이 우수합니다.
양극 사전 리튬화는 리튬 호일과 직접 접촉하여 달성할 수 있지만, 사전 리튬화 정도를 쉽고 정확하게 제어하기는 어렵습니다. 불충분한 리튬화는 ICE를 충분히 개선하지 못하며, 과도한 리튬 보충은 양극 표면에 금속성 리튬 도금을 형성할 수 있습니다.
연구진은 리튬 호일을 통해 리튬 보충제의 안전성을 향상시키고, 활성 물질/고분자/리튬 금속의 3중 구조 양극을 설계해 상온에서 30~60분 동안 안정적으로 처리할 수 있는 양극을 개발했다. 구리 호일 위에 전기화학적으로 증착된 리튬 금속층, 리튬층 위에 코팅된 폴리메틸메타크릴레이트 보호층, 활성 물질층으로 구성된 세 개의 층으로 구성되어 있습니다.
안정화된 리튬 금속 분말
리튬 분말에 의한 리튬 보충제는 건조한 환경에서 사용할 수 있는 최대 3600mAh/g의 특정 용량과 표면에 2%~5%의 탄산 리튬이 얇은 층으로 덮인 SLMP를 개발한 FMC가 제안합니다. 양극 사전 리튬화에 SLMP를 적용하는 방법에는 펄프화 공정 중에 추가하거나 양극 시트 표면에 직접 추가하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
기존 음극 슬러리는 PVDF/NMP 또는 SBR+CMC/탈이온수 시스템을 사용하지만 SLMP는 극성 용매와 호환되지 않고 헥산, 톨루엔 및 기타 비극성 용매에만 분산될 수 있으므로 기존 슬러리 공정에서 직접 첨가할 수 없습니다. SBR-PVDF/톨루엔 시스템을 사용하면 흑연 전극 슬러리에 SLMP를 직접 혼합할 수 있습니다. SLMP로 양극을 사전 석출한 후 전지의 ICE는 0.01~1.00V 및 0.05C에서 90.6%에서 96.2%로 증가했습니다.
펄프화 공정 중에 첨가하는 것보다 건조된 양극 표면에 직접 SLMP를 적재하는 것이 더 간단하고 쉽습니다. SLMP는 실리카-탄소 나노튜브 양극 표면에 3% 질량 분율의 SLMP/톨루엔 용액을 떨어뜨린 다음 톨루엔 용매가 증발한 후 눌러서 활성화함으로써 실리카-탄소 나노튜브 양극을 사전 석판화하는 데 사용되었습니다. 사전 석출 후, 양극의 첫 번째 비가역 용량은 20%에서 40%로 감소했습니다.
리튬 규화물 분말
리튬 실리사이드 나노 분말의 크기가 작을수록 양극에 분산하기에 더 유리합니다. 또한 이미 부풀어 오른 상태이며 사이클링 중 부피 변화는 전체 전극의 구조에 영향을 미치지 않습니다. 현재 리튬 규화물 분말의 리튬 보충 방식에 사용되는 첨가제에 대한 연구는 거의 없으며, 리튬 규화물 분말의 리튬 보충 성능 및 안정성 향상을 연구한 연구자는 소수에 불과합니다.
리튬 포일, SLMP 또는 리튬 규화물 분말을 사용하여 리튬 보충제를 만들 때 리튬 금속을 사용합니다. 리튬 금속은 비싸고 반응성이 있으며 취급이 어렵고 보호를 위해 보관 및 운송에 많은 비용이 필요합니다. 리튬 보충제 공정에 리튬 금속을 사용하지 않으면 비용을 절감하고 안전 성능을 향상시킬 수 있습니다. 실리콘은 전해 셀에서 Li2SO4 수용액을 전기 분해하여 리튬을 보충할 수 있으며, 희생 전극은 Li2SO4에 침지된 구리 와이어입니다.
음극 리튬 보충제 기술
일반적인 양극 리튬 보충제는 양극 합성 공정에 소량의 고용량 물질을 첨가하고 충전 과정에서 고용량 물질에서 Li+를 제거하여 최초 충전 및 방전 시 비가역적인 용량 손실을 보충하는 것입니다. 현재 양극 리튬 보충 첨가제로 사용되는 주요 소재는 리튬이 풍부한 화합물, 전환 반응을 기반으로 한 나노 복합체, 이원 리튬 화합물 등이 있습니다.
리튬이 풍부한 화합물
리튬이 풍부한 물질인 Li1+xNi0.5Mn1.5O4를 사용하여 Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4 풀 셀의 비가역적인 용량 손실을 보완했습니다. 3.00~4.78V에서 100주기 동안 0.33C의 하이브리드 음극을 사용하는 셀의 용량 유지력은 75%인 반면, 순수 LiNi0.5Mn1.5O4 음극을 사용하는 셀의 용량 유지력은 51%에 불과합니다. Li2NiO2는 음극 리튬 보충제의 첨가제로도 사용할 수 있지만 공기 중에서 안정성이 떨어집니다. 이소프로판올 알루미늄을 사용하여 Li2NiO2를 변형할 수 있으며, 공기 중에서 안정한 알루미나로 코팅된 Li2NiO2 소재를 합성하여 우수한 리튬 보충제 결과를 얻었습니다.
전환 반응에 기반한 나노 복합체
리튬이 풍부한 화합물이 리튬 보충 첨가제로서의 효과에도 불구하고, 첫 번째 리튬 보충 효과는 여전히 낮은 비 용량으로 인해 제한적입니다. 전환 반응에 기반한 나노 복합체는 충방전 전압 히스테리시스가 크기 때문에 배터리를 처음 충전하는 동안 많은 양의 리튬을 공급할 수 있지만 방전 과정에서는 리튬 내재 반응이 일어나지 않습니다.
합성된 나노코/리튬산화물 복합체를 4.1~2.5V에서 50mA/g로 사이클한 결과, 첫 충전의 비용량은 619mAh/g, 방전 비용량은 10mAh/g에 불과했고, 주변 공기에 8시간 노출된 후 탈리튬 비용량은 초기 값보다 51mAh/g에 불과했으며, 2D 배치 후에도 여전히 418mAh/g으로 상용 배터리 생산 공정에 적합한 환경 안정성이 우수한 것으로 나타났다.
불화 리튬은 리튬 함량이 높고 안정성이 우수하기 때문에 잠재적인 음극 리튬 보충 물질입니다. 전환 반응에 의해 만들어진 M/LiF 나노 물질은 낮은 LiF 전도도 및 이온 전도도, 높은 전기 화학적 분해 가능성 및 유해한 분해 생성물의 문제를 극복할 수 있어 불화 리튬은 우수한 양극 리튬 보충 첨가제가 될 수 있습니다. 황화 리튬의 이론적 용량은 1166mAh/g에 달하지만 전해질과의 호환성, 절연성, 환경 안정성 저하 등 리튬 보충 첨가제로 사용할 때 해결해야 할 문제가 아직 많이 있습니다.
리튬이 풍부한 화합물보다 리튬 보충 용량이 높지만, 전환 반응에 기반한 나노 복합체는 첫 번째 리튬 보충 후 비활성 금속 산화물, 불소 및 황화물이 잔류하여 배터리의 에너지 밀도를 감소시킬 수 있습니다. 더 자세한 관련 지식은 불소 이온 배터리 기사.
이진 리튬 화합물
이원 리튬 화합물의 이론적 비 용량은 훨씬 더 높습니다. Li2O2, Li2O 및 Li3N의 이론적 비 용량은 각각 1168mAh/g, 1797mAh/g 및 2309mAh/g이며, 소량만 추가해도 유사한 리튬 보충 효과를 얻을 수 있습니다. 이론적으로 리튬 보충 후 이러한 물질의 잔류물은 O2, N2 등이며, 이는 배터리에서 SEI 필름이 형성되는 동안 배출될 수 있습니다.
시판되는 Li3N을 1~5μm의 입자 크기로 분말로 분쇄하여 리튬 보충제로 사용했습니다. 3.0~4.2V에서 0.1C에서 1% 및 2% Li3N을 첨가한 LiCoO2 전극의 첫 전하 비 용량은 반전지 시스템에서 각각 167.6mAh/g 및 178.4mAh/g으로 순수 LiCoO2 18.0mAh/g 및 28.7mAh/g보다 증가했습니다.
상업용 Li2O2는 흑연 음극의 첫 번째 충전 중 리튬 손실을 보상하기 위해 NCM과 혼합됩니다. 하이브리드 전극의 NCM은 활성 물질과 촉매의 이중 역할을 합니다. Li2O2의 분해를 효율적으로 촉매하기 위해 음극에 6시간 동안 1% 볼 밀링으로 얻은 NCM을 첨가하여 풀 셀을 2.75~4.60V에서 충전 및 방전하였으며, 0.3C 가역 비용량은 165.4 mAh/g으로 흑연|NCM 풀 셀보다 20.5% 더 높았습니다.
테스트에 따르면 Li2O2의 분해로 방출되는 산소는 전체 셀의 제한된 Li+를 소비하여 Li2O2가 추가 된 전체 셀의 용량이 크게 저하되지만 가스가 배출 된 후 용량을 회복 할 수 있습니다. 실제 생산 공정에서 배터리의 첫 번째 충전은 개방형 시스템에서 수행되며 SEI 필름 형성 및 일부 부반응으로 인한 가스는 밀봉 전에 배출되어 O2 방출의 영향을 줄입니다.
요약
두 가지 리튬 보충 방법을 비교하면 양극 리튬 보충에 사용되는 리튬 보충 시약(리튬 호일, 리튬 분말 및 리튬 규화물 분말)은 용량이 높지만 조작이 복잡하고 높은 환경 요구 사항이 필요하며 음극 리튬 보충에서 음극에 리튬 보충 첨가제를 추가함으로써 안전하고 안정적이며 기존 배터리 생산 공정과 호환됩니다.
양극 리튬 보충 기술에 대한 향후 연구는 배터리 제조 공정에서의 안정성 향상, 산업 생산 및 간단한 공정과 호환되는 기술 솔루션 개발에 초점을 맞춰야 하며, 음극 리튬 보충은 리튬 보충 용량 개발, 소량 사용, 소량 첨가제 시스템 후 리튬 보충 잔류물 제거에 초점을 맞춰야 합니다.
리튬 이온 배터리 음극 및 양극 리튬 보충 기술
리튬 보충제 전리튬화에 의한 전극 재료의 손실은 SEI 필름 형성으로 인한 비가역적인 리튬 손실을 상쇄합니다.
리튬 이온 배터리를 처음 충전하는 동안 유기 전해질은 흑연과 같은 양극 표면에서 감소 및 분해되어 고체 전해질 상 계면 필름을 형성하여 영구적으로 많은 양의 리튬을 음극 재료이 발생하여 첫 번째 사이클에서 쿨롱 효율이 낮아지고 리튬 이온 배터리의 용량과 에너지 밀도가 감소합니다. 이 문제를 해결하기 위해 사전 리튬화 기술이 연구되었습니다.
사전 리튬화를 통한 전극 재료의 리튬 보충은 SEI 필름 형성으로 인한 비가역적 리튬 손실을 상쇄하여 배터리의 총 용량과 에너지 밀도를 높입니다.
양극 리튬 보충제 기술
일반적인 전리튬화 방법은 리튬 호일에 의한 리튬 보충, 리튬 분말에 의한 리튬 보충 등과 같은 양극 리튬 보충이 현재 개발이 집중되고 있는 전리튬화 공정입니다. 이 외에도 리튬 규화물 분말과 전해 리튬 염수 용액을 사용하여 전리튬화를 수행하는 기술도 있습니다.
리튬 호일을 통한 리튬 보충제
리튬 호일에 의한 리튬 보충은 자체 방전 메커니즘을 이용한 리튬 보충 기술입니다. 리튬 금속의 전위는 모든 전극 재료 중에서 가장 낮으며 전위차로 인해 리튬 이온 배터리 음극 물질이 리튬 금속 호일과 접촉하면 전자가 양극을 향해 자발적으로 이동하면서 양극에 Li+가 묻히게 됩니다.
스테인리스 스틸 기판 위에 성장한 실리콘 나노 와이어의 양극에 전해질을 한 방울씩 첨가하여 리튬을 보충한 다음 리튬 호일에 직접 접촉시켰습니다. 리튬이 보충된 양극에서 하프셀 테스트를 수행한 결과, 리튬이 보충되지 않은 개방 회로 전압은 1.55V, 리튬이 보충된 양극에서 처음 0.1C 방전 시 개방 회로 전압은 1.55V, 첫 0.1C 방전 시 0.01~1.00V에서 3800mAh/g의 내장 리튬 용량; 리튬이 보충된 실리콘 나노 와이어는 0.25V의 개방 회로 전압과 1600mAh/g의 내장 리튬 용량을 처음으로 가졌습니다.
주석-탄소 양극을 전해질 함침 리튬 호일과 180분 동안 직접 접촉하고 리튬 보충을 수행했습니다. 리튬 보충은 하프 셀로 테스트되었으며, 주석-카본의 비가역 비 용량은 리튬 보충 후 680mAh/g에서 65mAh/g로 감소했습니다. 양극은 풀 셀로 구성되었으며 1.0C 다중성은 3.1 ~ 4.8에서 테스트되었으며 V에서 테스트 된 ICE는 100%에 가깝고 사이클링이 안정적이고 다중성 성능이 우수합니다.
양극 사전 리튬화는 리튬 호일과 직접 접촉하여 달성할 수 있지만, 사전 리튬화 정도를 쉽고 정확하게 제어하기는 어렵습니다. 불충분한 리튬화는 ICE를 충분히 개선하지 못하며, 과도한 리튬 보충은 양극 표면에 금속성 리튬 도금을 형성할 수 있습니다.
연구진은 리튬 호일을 통해 리튬 보충제의 안전성을 향상시키고, 활성 물질/고분자/리튬 금속의 3중 구조 양극을 설계해 상온에서 30~60분 동안 안정적으로 처리할 수 있는 양극을 개발했다. 구리 호일 위에 전기화학적으로 증착된 리튬 금속층, 리튬층 위에 코팅된 폴리메틸메타크릴레이트 보호층, 활성 물질층으로 구성된 세 개의 층으로 구성되어 있습니다.
안정화된 리튬 금속 분말
리튬 분말에 의한 리튬 보충제는 건조한 환경에서 사용할 수 있는 최대 3600mAh/g의 특정 용량과 표면에 2%~5%의 탄산 리튬이 얇은 층으로 덮인 SLMP를 개발한 FMC가 제안합니다. 양극 사전 리튬화에 SLMP를 적용하는 방법에는 펄프화 공정 중에 추가하거나 양극 시트 표면에 직접 추가하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
기존 음극 슬러리는 PVDF/NMP 또는 SBR+CMC/탈이온수 시스템을 사용하지만 SLMP는 극성 용매와 호환되지 않고 헥산, 톨루엔 및 기타 비극성 용매에만 분산될 수 있으므로 기존 슬러리 공정에서 직접 첨가할 수 없습니다. SBR-PVDF/톨루엔 시스템을 사용하면 흑연 전극 슬러리에 SLMP를 직접 혼합할 수 있습니다. SLMP로 양극을 사전 석출한 후 전지의 ICE는 0.01~1.00V 및 0.05C에서 90.6%에서 96.2%로 증가했습니다.
펄프화 공정 중에 첨가하는 것보다 건조된 양극 표면에 직접 SLMP를 적재하는 것이 더 간단하고 쉽습니다. SLMP는 실리카-탄소 나노튜브 양극 표면에 3% 질량 분율의 SLMP/톨루엔 용액을 떨어뜨린 다음 톨루엔 용매가 증발한 후 눌러서 활성화함으로써 실리카-탄소 나노튜브 양극을 사전 석판화하는 데 사용되었습니다. 사전 석출 후, 양극의 첫 번째 비가역 용량은 20%에서 40%로 감소했습니다.
리튬 규화물 분말
리튬 실리사이드 나노 분말의 크기가 작을수록 양극에 분산하기에 더 유리합니다. 또한 이미 부풀어 오른 상태이며 사이클링 중 부피 변화는 전체 전극의 구조에 영향을 미치지 않습니다. 현재 리튬 규화물 분말의 리튬 보충 방식에 사용되는 첨가제에 대한 연구는 거의 없으며, 리튬 규화물 분말의 리튬 보충 성능 및 안정성 향상을 연구한 연구자는 소수에 불과합니다.
하프셀 시스템은 0.05°C에서 0.01~1.00V로 충전 및 방전되었습니다. 실리카 양극의 ICE는 15% 리튬 실리사이드 분말을 첨가하여 76%에서 94%로 증가했고, 중간상 탄소 마이크로스피어의 ICE는 9% 리튬 실리사이드 분말을 첨가하여 75%에서 99%로 증가했으며, 흑연 음극의 ICE는 7% 리튬 실리사이드 분말을 첨가하여 87%에서 99%로 증가했습니다.
수용성 리튬 염수 용액의 전기 분해를 통한 리튬 보충제
리튬 포일, SLMP 또는 리튬 규화물 분말을 사용하여 리튬 보충제를 만들 때 리튬 금속을 사용합니다. 리튬 금속은 비싸고 반응성이 있으며 취급이 어렵고 보호를 위해 보관 및 운송에 많은 비용이 필요합니다. 리튬 보충제 공정에 리튬 금속을 사용하지 않으면 비용을 절감하고 안전 성능을 향상시킬 수 있습니다. 실리콘은 전해 셀에서 Li2SO4 수용액을 전기 분해하여 리튬을 보충할 수 있으며, 희생 전극은 Li2SO4에 침지된 구리 와이어입니다.
음극 리튬 보충제 기술
일반적인 양극 리튬 보충제는 양극 합성 공정에 소량의 고용량 물질을 첨가하고 충전 과정에서 고용량 물질에서 Li+를 제거하여 최초 충전 및 방전 시 비가역적인 용량 손실을 보충하는 것입니다. 현재 양극 리튬 보충 첨가제로 사용되는 주요 소재는 리튬이 풍부한 화합물, 전환 반응을 기반으로 한 나노 복합체, 이원 리튬 화합물 등이 있습니다.
리튬이 풍부한 화합물
리튬이 풍부한 물질인 Li1+xNi0.5Mn1.5O4를 사용하여 Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4 풀 셀의 비가역적인 용량 손실을 보완했습니다. 3.00~4.78V에서 100주기 동안 0.33C의 하이브리드 음극을 사용하는 셀의 용량 유지력은 75%인 반면, 순수 LiNi0.5Mn1.5O4 음극을 사용하는 셀의 용량 유지력은 51%에 불과합니다. Li2NiO2는 음극 리튬 보충제의 첨가제로도 사용할 수 있지만 공기 중에서 안정성이 떨어집니다. 이소프로판올 알루미늄을 사용하여 Li2NiO2를 변형할 수 있으며, 공기 중에서 안정한 알루미나로 코팅된 Li2NiO2 소재를 합성하여 우수한 리튬 보충제 결과를 얻었습니다.
전환 반응에 기반한 나노 복합체
리튬이 풍부한 화합물이 리튬 보충 첨가제로서의 효과에도 불구하고, 첫 번째 리튬 보충 효과는 여전히 낮은 비 용량으로 인해 제한적입니다. 전환 반응에 기반한 나노 복합체는 충방전 전압 히스테리시스가 크기 때문에 배터리를 처음 충전하는 동안 많은 양의 리튬을 공급할 수 있지만 방전 과정에서는 리튬 내재 반응이 일어나지 않습니다.
합성된 나노코/리튬산화물 복합체를 4.1~2.5V에서 50mA/g로 사이클한 결과, 첫 충전의 비용량은 619mAh/g, 방전 비용량은 10mAh/g에 불과했고, 주변 공기에 8시간 노출된 후 탈리튬 비용량은 초기 값보다 51mAh/g에 불과했으며, 2D 배치 후에도 여전히 418mAh/g으로 상용 배터리 생산 공정에 적합한 환경 안정성이 우수한 것으로 나타났다.
불화 리튬은 리튬 함량이 높고 안정성이 우수하기 때문에 잠재적인 음극 리튬 보충 물질입니다. 전환 반응에 의해 만들어진 M/LiF 나노 물질은 낮은 LiF 전도도 및 이온 전도도, 높은 전기 화학적 분해 가능성 및 유해한 분해 생성물의 문제를 극복할 수 있어 불화 리튬은 우수한 양극 리튬 보충 첨가제가 될 수 있습니다. 황화 리튬의 이론적 용량은 1166mAh/g에 달하지만 전해질과의 호환성, 절연성, 환경 안정성 저하 등 리튬 보충 첨가제로 사용할 때 해결해야 할 문제가 아직 많이 있습니다.
리튬이 풍부한 화합물보다 리튬 보충 용량이 높지만, 전환 반응에 기반한 나노 복합체는 첫 번째 리튬 보충 후 비활성 금속 산화물, 불소 및 황화물이 잔류하여 배터리의 에너지 밀도를 감소시킬 수 있습니다. 더 자세한 관련 지식은 불소 이온 배터리 기사.
이진 리튬 화합물
이원 리튬 화합물의 이론적 비 용량은 훨씬 더 높습니다. Li2O2, Li2O 및 Li3N의 이론적 비 용량은 각각 1168mAh/g, 1797mAh/g 및 2309mAh/g이며, 소량만 추가해도 유사한 리튬 보충 효과를 얻을 수 있습니다. 이론적으로 리튬 보충 후 이러한 물질의 잔류물은 O2, N2 등이며, 이는 배터리에서 SEI 필름이 형성되는 동안 배출될 수 있습니다.
시판되는 Li3N을 1~5μm의 입자 크기로 분말로 분쇄하여 리튬 보충제로 사용했습니다. 3.0~4.2V에서 0.1C에서 1% 및 2% Li3N을 첨가한 LiCoO2 전극의 첫 전하 비 용량은 반전지 시스템에서 각각 167.6mAh/g 및 178.4mAh/g으로 순수 LiCoO2 18.0mAh/g 및 28.7mAh/g보다 증가했습니다.
상업용 Li2O2는 흑연 음극의 첫 번째 충전 중 리튬 손실을 보상하기 위해 NCM과 혼합됩니다. 하이브리드 전극의 NCM은 활성 물질과 촉매의 이중 역할을 합니다. Li2O2의 분해를 효율적으로 촉매하기 위해 음극에 6시간 동안 1% 볼 밀링으로 얻은 NCM을 첨가하여 풀 셀을 2.75~4.60V에서 충전 및 방전하였으며, 0.3C 가역 비용량은 165.4 mAh/g으로 흑연|NCM 풀 셀보다 20.5% 더 높았습니다.
테스트에 따르면 Li2O2의 분해로 방출되는 산소는 전체 셀의 제한된 Li+를 소비하여 Li2O2가 추가 된 전체 셀의 용량이 크게 저하되지만 가스가 배출 된 후 용량을 회복 할 수 있습니다. 실제 생산 공정에서 배터리의 첫 번째 충전은 개방형 시스템에서 수행되며 SEI 필름 형성 및 일부 부반응으로 인한 가스는 밀봉 전에 배출되어 O2 방출의 영향을 줄입니다.
요약
두 가지 리튬 보충 방법을 비교하면 양극 리튬 보충에 사용되는 리튬 보충 시약(리튬 호일, 리튬 분말 및 리튬 규화물 분말)은 용량이 높지만 조작이 복잡하고 높은 환경 요구 사항이 필요하며 음극 리튬 보충에서 음극에 리튬 보충 첨가제를 추가함으로써 안전하고 안정적이며 기존 배터리 생산 공정과 호환됩니다.
양극 리튬 보충 기술에 대한 향후 연구는 배터리 제조 공정에서의 안정성 향상, 산업 생산 및 간단한 공정과 호환되는 기술 솔루션 개발에 초점을 맞춰야 하며, 음극 리튬 보충은 리튬 보충 용량 개발, 소량 사용, 소량 첨가제 시스템 후 리튬 보충 잔류물 제거에 초점을 맞춰야 합니다.
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