Gedetailleerde uitleg van de efficiëntie van de eerste cyclus van lithiumbatterijen: principes, factoren en verbeteringsmethoden

Gedetailleerde uitleg van de efficiëntie van de eerste cyclus van lithiumbatterijen: principes, factoren en verbeteringsmethoden

I. Definitie en belang van de efficiëntie van de eerste cyclus

• DefinitieDe eerste cyclus efficiëntie (Eerste Cyclus Coulomb Efficiëntie, FCCE) of lithium batteries refers to the ratio of the amount of lithium ions actually intercalated into the negative electrode to the amount of lithium ions extracted from the positive electrode during the first chargeHet wordt gewoonlijk uitgedrukt als percentage.
• Betekenis: De efficiëntie van de eerste cyclus is een van de belangrijkste indicatoren voor het meten van de prestaties van de batterij en heeft een rechtstreekse invloed op de energiedichtheid, de levensduur en de veiligheid van de batterij.Een hoger rendement van de eerste cyclus betekent een hoger energieverbruik en minder onomkeerbaar capaciteitsverlies.

II. Beginselen van de efficiëntie van de eerste cyclus

1. Intercalatie en deintercalatie van lithiumionen:
   • Tijdens de eerste lading worden lithiumionen uit het positieve elektrode materiaal gehaald, door de elektrolyt gehaald en in het negatieve elektrode materiaal geïntercaleerd.
   • Tijdens de eerste ontlading worden lithiumionen van de negatieve elektrode verwijderd en terug naar de positieve elektrode.
   • Het rendement van de eerste cyclus weerspiegelt het rendement van dit lithium-ionoverdrachtproces.
2. Onherstelbaar capaciteitsverlies:
   • Tijdens de eerste lading vormen sommige lithiumionen een vaste elektrolytinterfase (SEI) -film op het oppervlak van de negatieve elektrode, wat resulteert in een onomkeerbaar capaciteitsverlies.
   • De vorming van de SEI-film is noodzakelijk omdat deze het negatieve elektrode-materiaal kan beschermen tegen verdere erosie door het elektrolyt, maar ook tot een vermindering van het rendement van de eerste cyclus leidt.

III. Factoren die van invloed zijn op de efficiëntie van de eerste cyclus

1. Elektrode-materialen:
   • Positieve elektrode materialen: Verschillende positieve elektrode materialen (zoals lithium-ijzerfosfaat, ternaire materialen, enz.) hebben verschillende lithium-ion extractie mogelijkheden en structurele stabiliteit.het rendement van de eerste cyclus van lithium-ijzerfosfaat is meestal hoger dan dat van ternarische materialen.
   • Negatieve elektrode materialen: De oppervlakte kenmerken en de structuur van het negatieve elektrode materiaal hebben een belangrijke invloed op de vorming van de SEI film.de efficiëntie van de eerste cyclus van negatieve elektroden van grafiet is meestal lager dan die van negatieve elektroden op basis van silicium, maar het uitbreidingsprobleem van negatieve elektroden op basis van silicium moet bovendien worden opgelost.
2. Elektrolyten:
   • De samenstelling en eigenschappen van de elektrolyt hebben een directe invloed op de overdrachtsdoeltreffendheid van lithiumionen en de vorming van de SEI-film.het toevoegen van specifieke elektrolytadditieven kan de stabiliteit van de SEI-film verbeteren, waardoor de efficiëntie van de eerste cyclus wordt verhoogd.
3. Productieproces van batterijen:
   • Ontwerp van elektrodeplaat: De dikte, porositeit en uniformiteit van de laag van het elektrodeplaat beïnvloeden het overdrachtspad en de diffusie-efficiëntie van lithiumionen.
   • Montage van de batterij: Het assemblageproces van de batterij (zoals wikkelen, lassen, enz.) heeft invloed op het contact tussen de elektroden en de bevochtigbaarheid van de elektrolyt.
4. Milieuomstandigheden:
   • Temperatuur heeft een aanzienlijke invloed op de efficiëntie van de eerste cyclus: hogere temperaturen kunnen de diffusie van lithiumionen versnellen, maar kunnen ook leiden tot een toename van de bijwerkingen.
   • Vochtigheid en onzuiverheden kunnen de stabiliteit van de elektrolyt beïnvloeden, waardoor de efficiëntie van de eerste cyclus wordt beïnvloed.

IV. Methoden om de efficiëntie van de eerste cyclus te verbeteren

1. Het optimaliseren van elektrode-materialen:
   • Oppervlaktewijziging: Verbeteren van de oppervlakte-eigenschappen van het negatieve elektrode-materiaal door oppervlaktecoating of nanostructuur om de vorming van de SEI-film te verminderen.
   • Samengestelde materialen: Ontwikkelen van nieuwe composietmaterialen, zoals negatieve elektroden van silicium-koolstofcompositie, die de hoge capaciteit van silicium en de stabiliteit van koolstof combineren om de efficiëntie van de eerste cyclus te verbeteren.
2. Verbetering van de elektrolytenformulering:
   • Additieven: Voeg specifieke elektrolytadditieven toe (zoals filmvormende middelen, antioxidanten, enz.) om de stabiliteit en uniformiteit van de SEI-film te verbeteren.
   • Nieuwe elektrolyten: Ontwikkelen van hoogspannings- en hoogstabiele elektrolyten om de overdrachtsdoeltreffendheid van lithiumionen te verbeteren.
3. Optimalisatie van het productieproces van batterijen:
   • Ontwerp van elektrodeplaat: Optimaliseren van de dikte, porositeit en het coatingproces van het elektrodeplaatje om de diffusie-efficiëntie van lithiumionen te verbeteren.
   • Montage van de batterij: Verbetering van het batterijmontageproces om een goed contact tussen de elektroden en een volledige natte werking van de elektrolyt te garanderen.
4. Beheersing van de omgevingsomstandigheden:
   • Temperatuurcontrole: De productie en het testen van batterijen moeten binnen een passend temperatuurbereik plaatsvinden om bijwerkingen te voorkomen die door hoge temperaturen worden veroorzaakt.
   • Vochtigheidscontrole: Productie van batterijen in een omgeving met een lage luchtvochtigheid om de invloed van onzuiverheden op de elektrolyt te verminderen.

V. Samenvatting