提升锂离子电池初始容量的补锂工艺

在科学技术高度发达的今天，各种各样的高科技出现在我们的生活中，为我们的生活带来便利，那么你了解这些高科技可能会含有的锂离子电池吗?

为了克服硅阳极材料膨胀的问题，人们试图将纯硅制成纳米颗粒以抑制硅颗粒的膨胀，但实际上这种策略并不成功。相关计算表明，仅当纯Si颗粒的尺寸小于晶体尺寸时。当晶胞尺寸小时，可以完全抑制Si颗粒的体积膨胀。这显然是不可能的。因此，纳米化只能减少Si阳极颗粒的体积膨胀。同时，纳米粒子的较大的比表面积也会导致负极彼此相互用途。电解质之间的副反应显着新增。此外，另一种策略是使Si材料成为葡萄干面包结构，即将纳米Si颗粒分散在石墨海中，并在充放电期间使用石墨吸收Si颗粒的体积膨胀，但是这种方法并不完美。首先，材料的比容量很低。

由于纯硅材料的上述问题，人们开始尝试使用另一种氧化硅SiOX作为负极材料。Si-O键的键能是Si-Si键的键能的两倍。同时，在锂的插入过程中，Li将与材料中的O元素反应形成LiXO。然后，这些Li氧化物失去活性，并成为氧化硅颗粒内部的缓冲层，这可以在充电和放电过程中有效地抑制材料的体积。扩展以改善材料的循环性能。由于锂金属氧化物LiXO是在SiOx的第一次锂插入期间出现的，所以硅氧化物材料的第一库仑效率仅为约70%。近年来，经过许多技术改进，第一效率也已严格提高了约80%。与90%的石墨材料之间仍然有很大的差距。因此，为了利用SiOX材料的高比容量，有必要使用锂补充工艺来补充在第一次锂插入工艺期间不可逆的容量损失。

目前，锂的补充过程重要分为两类;1)负极补锂工艺;2)正极锂的补充过程，其中负极锂的补充过程是我们最常用的锂补充方法，例如锂粉补充锂和锂箔锂补充剂。它们都是重要制造商目前正在开发的锂补充过程。FMC公司首先提出了用锂粉补充锂的方法。FMC公司为此目的开发了惰性锂粉。通过诸如喷雾和均质化的方法将适量的锂粉添加到负极中。锂箔补充锂也是近年来新兴的锂补充方法。将金属锂箔轧制成几微米的厚度，然后与负极结合并轧制。注入电池后，这些金属Li迅速与负极反应并嵌入负极材料中，从而提高了材料的初次效率。然而，这些方法必须面对金属锂的安全性问题。金属锂是一种具有高反应活性的碱金属，可以与水剧烈反应，这使得金属锂对环境的要求很高，这使这两种负极都要补充。补给过程要在生产线的改造和购买中的大量投资。昂贵的补给设备。同时，为了确保补货效果，要对现有生产工艺进行调整。

与高难度和高输入量的负极锂补充工艺相比，正极锂补充工艺要简单得多。典型的正极锂补充工艺是在正极均质化过程中添加少量的高容量正极材料。在充电过程中，多余的Li元素将从这些高容量的正极材料中提取出来并嵌入负极中，以补充第一次充电和放电的不可逆容量。例如，美国Argonne国家实验室的XinSu和其他人，通过将7%的Li5FeO4(LFO)材料添加到LiCoO2阴极中，电池的首次效率提高了14%，并且电池的循环性能提高了得到了显着改善。Li5FeO4材料的理论比容量可以达到700mAh/g，几乎所有容量都是不可逆的。脱锂完成后，材料迅速失活，不再参与充电和放电反应。脱锂方程为：Li5FeO44Li++4e-+LiFeO2+O2。

来自德国的GiulioGabrielli等人采用了混合两种正极活性材料：LiNi0.5Mn1.5O4和Li1+XNi0.5Mn1.5O4的方法。Li1+XNi0.5Mn1.5O4可以在电池首次充电期间供应。多余的Li弥补了第一次将锂插入负极时失去的Li。锂完全除去后，Li1+XNi0.5Mn1.5O4转化为完全活性的LiNi0.5Mn1.5O4，因此该方法对正极的组成没有影响。Li1+XNi0.5Mn1.5O4可以看作是暂时存储过量Li的正极材料。通过改变Li1+XNi0.5Mn1.5O4与LiNi0.5Mn1.5O4的比率，可以确定可以由阳极供应的Li的量。控制以适应具有不同重要效率的负极。

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