أثناء عملية الشحن الأولى لبطارية ليثيوم بوليمر ، سيتم تقليل الإلكتروليت العضوي وتحلله على سطح القطب السالب مثل الجرافيت لتشكيل طبقة واجهة طور إلكتروليت صلبة (SEI) ، والتي تستهلك بشكل دائم كمية كبيرة من الليثيوم من القطب الموجب ، مما أدى إلى كفاءة كولومبيك (ICE) من الدورة الأولى. ) منخفضة ، مما يقلل من قدرة وكثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم البوليمر.
تحتوي مواد الجرافيت الحالية على أول خسارة لا رجعة فيها من الليثيوم بنسبة 5٪ إلى 10٪ ، وبالنسبة لمواد الأنود عالية السعة ، يكون فقد الليثيوم الأول أعلى (لدى السيليكون فقد قدرة لا رجعة فيه من 15٪ إلى 35٪). لحل هذه المشكلة ، تمت دراسة تقنية ما قبل الصخر. تُستكمل مادة الإلكترود بالليثيوم عن طريق الليثيوم المسبق لتعويض فقدان الليثيوم الذي لا رجعة فيه الناجم عن تكوين فيلم SEI ، وذلك لتحسين السعة الإجمالية وكثافة الطاقة لبطارية الليثيوم البوليمر.
في هذا البحث ، تتم مراجعة التقدم البحثي لتقنية ما قبل التحرير في السنوات الأخيرة من اتجاهين لمكملات الليثيوم ذات القطب السالب ومكملات الليثيوم ذات القطب الموجب.
تقنية مكملات الليثيوم السالبة
تتمثل طريقة ما قبل الليثيوم الشائعة في تكملة القطب السالب بالليثيوم ، مثل رقائق الليثيوم المكملة بالليثيوم ومسحوق الليثيوم المضاف إليه الليثيوم ، وما إلى ذلك ، وهي جميع عمليات ما قبل الليثيوم التي يتم تطويرها حاليًا. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تقنية ما قبل lithiation باستخدام مسحوق سيليسيد الليثيوم ومحلول مائي ملح الليثيوم كهربائيا.
الليثيوم احباط مكملات الليثيوم
تجديد رقائق الليثيوم هي تقنية تستخدم آلية التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم البوليمرية لتجديد الليثيوم. تبلغ إمكانات الليثيوم المعدني -3.05 فولت (مقابل SHE ، قطب الهيدروجين القياسي) ، وهي الأدنى بين جميع مواد الأقطاب الكهربائية. نظرًا لوجود فرق الجهد ، عندما تكون مادة القطب السالب على اتصال برقائق الليثيوم المعدني ، تنتقل الإلكترونات إلى القطب السالب تلقائيًا ، مصحوبة بإقحام Li + في القطب السالب.
تمت إضافة المنحل بالكهرباء بالتنقيط إلى القطب السالب لأسلاك السيليكون النانوية (SiNWs) المزروعة على ركيزة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ثم تم الاتصال مباشرة برقائق الليثيوم المعدنية لتكميل الليثيوم.
وجد اختبار نصف الخلية للقطب السالب بعد مكملات الليثيوم أن:
جهد الدائرة المفتوحة (OCV) لـ SiNWs بدون مكملات الليثيوم هو 1.55 فولت ، وقدرة إقحام الليثيوم المحددة لأول تفريغ 0.1 درجة مئوية عند 0.01-1.00 فولت هي 3800 مللي أمبير / جم ؛
OCV لـ SiNWs بعد مكملات الليثيوم هي 0.25 فولت ، والسعة المحددة لأول عملية إقحام الليثيوم هي 1600 مللي أمبير / جم. تشير التغييرات في السعة المحددة لإقحام الليثيوم والليثيوم إلى أن Si قد تفاعل جزئيًا مع Li بعد إضافة الليثيوم.
تم ملامسة القطب السالب للكربون القصدير (Sn-C) مباشرة برقائق الليثيوم التي تم تسللها بواسطة المنحل بالكهرباء لمدة 180 دقيقة لتكملة الليثيوم. تم تقليل السعة المحددة التي لا رجعة فيها لـ Sn-C من 680 مللي أمبير / جم (63٪) إلى 65 مللي أمبير / جرام (14٪) بعد إضافة الليثيوم عند اختبارها بنصف خلية عند 80 مللي أمبير / جرام عند 0.01-2.00 فولت.
القطب السالب و LiNi0. 45 كو 0. 1 مليون 1. 45O4 تشكل بطارية كاملة ، تم اختبار ICE عند 1. 0 درجة مئوية عند 3. 1 ~ 4. 8 فولت قريبة من 100٪ ، والدورة مستقرة وأداء المعدل جيد ؛ 5. 0 C قدرة التفريغ المحددة تصل إلى 110 مللي أمبير / جرام ، وهي أقل بنسبة 14٪ فقط من سعة التفريغ عند 0.2 درجة مئوية.
على الرغم من أنه يمكن تحقيق عملية الليثينغ المسبق للإلكترود السالب عن طريق الاتصال المباشر برقائق الليثيوم ، إلا أنه ليس من السهل التحكم بدقة في درجة الليثيوم المسبق. لا يمكن أن يؤدي عدم كفاية الليثية إلى تحسين ICE بشكل كامل ؛ ومكملات الليثيوم الزائدة قد تشكل طلاء الليثيوم المعدني على سطح القطب السالب.
باستخدام دائرة كهربائية قصيرة خارجية ، يتم استكمال القطب السالب لأكسيد السيليكون (c-SiOx) بالليثيوم من خلال رقائق الليثيوم. تُظهر تجربة المقارنة أنه يمكن تعظيم ICE عندما تكون المقاومة في الدائرة القصيرة الخارجية 100 Ω ووقت الدائرة القصيرة 30 دقيقة. تم إجراء اختبارات نصف الخلية على c-SiOx قبل وبعد إضافة الليثيوم. أظهرت الدورات الخمس الأولى من 5 درجة مئوية عند 0.07 إلى 0.01 فولت أن كفاءة الكولومبية للأقطاب قبل إضافة الليثيوم كانت 1.50٪ و 73.6٪ و 94.7٪ و 96.6٪ و 97.5٪. 98.5٪ ؛
كانت الكفاءة الكولومبية للأقطاب الكهربائية بعد مكملات الليثيوم 94.9٪ ، 95.7٪ ، 97.2٪ ، 97.9٪ و 98.3٪. كانت البطارية الكاملة مكونة من c-SiOx و LiNi0. 8 Co0. 15 Al0. تم استخدام 05 O2 والتيار 10 مللي أمبير / جرام للاختبار عند 2. 5 ~ 4. 2 فولت. 106.33 مللي أمبير / جرام زاد إلى 165.09 مللي أمبير / جرام ، وزيادة ICE من 58.85٪ إلى 85.34٪.
تم تحسين سلامة مكملات رقائق الليثيوم. يمكن أن يكون القطب السلبي المصمم للمادة الفعالة / البوليمر / معدن الليثيوم ثلاثي الطبقات مستقرًا في الهواء المحيط (الرطوبة النسبية من 10٪ إلى 30٪) لمدة 30 إلى 60 دقيقة ، وهو ما يكفي للقطب السالب لإجراء المعالجة.
الهيكل المكون من ثلاث طبقات هو: طبقة الليثيوم المعدنية عن طريق الترسيب الكهروكيميائي على رقائق النحاس ، وطبقة الليثيوم مغلفة بطبقة واقية من البولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) وطبقة مادة نشطة. عن طريق تغيير سمك طبقة الليثيوم ، يمكن التحكم في درجة مكملات الليثيوم. بعد حقن المنحل بالكهرباء في البطارية لإذابة البولي ميثيل ميثا اكريلات ، تكون طبقة الليثيوم والمادة النشطة على اتصال مباشر لإكمال عملية التزجيج المسبق. تم اختباره عند 0.1 درجة مئوية عند 0.01-1.00 فولت ، وزاد ICE من 92.0٪ إلى 99.7٪ باستخدام الجرافيت بعد إضافة الليثيوم بهيكل ثلاثي الطبقات ؛ بعد استكمال قطب السليكون السالب النقي بالليثيوم ، لم يكن هناك أي فقد في السعة تقريبًا أثناء الشحن والتفريغ الأول. على الرغم من أن استخدام رقائق الليثيوم لمكملات الليثيوم له تأثير جيد ، إلا أن عملية إضافة الليثيوم يجب أن تكتمل في بطارية مؤقتة أو جهاز كهروكيميائي ، وهو أمر يصعب زيادته.
مسحوق معدن الليثيوم المستقر (SLMP)
تم اقتراح مكملات مسحوق الليثيوم من قبل FMC. تتمتع SLMP المطورة بسعة محددة تصل إلى 3600 مللي أمبير / جرام ، والسطح مغطى بطبقة رقيقة من 2٪ إلى 5٪ من كربونات الليثيوم (Li2CO3) ، والتي يمكن استخدامها في بيئة جافة. هناك طريقتان رئيسيتان لتطبيق SLMP على القطع الكهربائي السالب مسبقًا: إضافته أثناء عملية خلط الملاط ، أو إضافته مباشرة إلى سطح لوح القطب السالب.
ملاط أنود بطارية ليثيوم بوليمر تقليدي ، باستخدام فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) / ميثيل بيروليدون (NMP) أو مطاط ستايرين بوتادين (SBR) + كاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) / نظام الماء منزوع الأيونات ، لكن SLMP والمذيبات القطبية غير متوافقة ويمكن تشتيتها فقط في غير - المذيبات القطبية مثل الهكسان والتولوين ، لذلك لا يمكن إضافتها مباشرة في عملية خلط الملاط التقليدية. L. Wang et al. استخدم نظام SBR-PVDF / التولوين لخلط SLMP مباشرة في ملاط قطب الجرافيت. أولاً ، تم خلط الجرافيت و PVDF في مذيب NMP ، وبعد التجفيف ، تم تشكيل الجرافيت المطلي بـ PVDF ؛ ثم تم خلط SLMP ، الجرافيت المطلي بـ PVDF ، وأسود الكربون الموصل في التولوين ؛ أخيرًا ، تمت إضافة SBR. بعد التجهيز المسبق للقطب السالب بواسطة SLMP ، زاد ICE للبطارية من 90.6٪ إلى 96.2٪ تحت ظروف 0.01-1.00 فولت و 0.05 درجة مئوية.
بالمقارنة مع إضافته أثناء عملية الخلط ، فإنه من الأسهل والأسهل تحميل SLMP مباشرة على سطح الأنود الجاف. تم تحضير القطب السالب من السيليكون (Si) - الكربون (CNT) مسبقًا باستخدام SLMP ، وتم إسقاط محلول SLMP / التولوين بكسر كتلة 3 ٪ على سطح القطب السالب Si-CNT. بعد تطاير مذيب التولوين ، تم عمل أقراص وتنشيط. . بعد المعالجة المسبقة ، يتم تقليل السعة الأولى التي لا رجعة فيها للقطب السالب بنسبة 20٪ إلى 40٪.
تم تشتيت SLMP في محلول زيلين يحتوي على 1٪ SBR / بوليسترين لتكوين ملاط SLMP ثابت. تم طلاء ملاط SLMP على سطح القطب السالب المجفف لتحقيق الصخر المسبق للقطب السالب مثل الجرافيت و SiO. بعد المعالجة المسبقة ، تم اختبار الجرافيت | خلية كاملة من مادة النيكل والكوبالت والمنغنيز (NCM) عند 0.1 درجة مئوية عند 3.0 ~ 4.2 فولت ، وزاد ICE من 82.35٪ إلى 87.80٪ ؛ ارتفعت٪ إلى 88.12٪ بعد التجهيز المسبق.
مسحوق سيليسيد الليثيوم
بالمقارنة مع SLMP بحجم ميكرون ، فإن الحجم (100-200 نانومتر) من سيليكات الليثيوم النانوية (LixSi) أصغر ، وهو أكثر ملاءمة للتشتت في القطب السالب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن LixSi في حالة موسعة بالفعل ، ولن يؤثر تغيير الحجم أثناء ركوب الدراجات على هيكل القطب بالكامل.
في الوقت الحالي ، هناك عدد قليل من الدراسات حول الإضافات التكميلية لـ LixSi ، وقد تم إجراء الأبحاث حول تحسين أداء واستقرار مكملات الليثيوم في LixSi. في جو الأرجون ، تم تصنيع مادة LixSi المطلية بـ Li2O عن طريق تفاعل السبيكة من السيليكون والليثيوم المعدني عند 200. تم شحن وتفريغ نظام نصف الخلية عند 0.05 درجة مئوية عند 0.01 إلى 1.00 فولت. بعد إضافة 15٪ LixSi ، زاد ICE لأنود السيليكون من 76٪ إلى 94٪ ؛ تمت إضافة ICE للكريات الكربونية المتوسطة (MCMB) بنسبة 9 ٪ زاد LixSi من 75 ٪ إلى 99 ٪ ؛ تمت زيادة ICE لأنود الجرافيت بنسبة 7٪ LixSi من 87٪ إلى 99٪.
في ظل نظام الخلية الكاملة ، زاد ICE من الجرافيت | خلايا LiFePO4 مع إضافة 7 ٪ LixSi من 77.6 ٪ إلى 90.8 ٪ ، وكان لها قدرة أعلى في اختبارات الدراجات اللاحقة.
يتمتع LixSi المُصنَّع بأداء جيد لمكملات الليثيوم ، ولكنه يمكنه فقط الحفاظ على الاستقرار النسبي في الهواء الجاف. بعد التعرض للهواء الجاف بنقطة تكثف تبلغ -50 درجة مئوية لمدة 5 أيام ، تتحلل السعة بنسبة 30٪ ، ويتم تعطيلها تمامًا في بيئة الهواء. من أجل تحسين استقرار LixSi ، يمكن استخدام 1-فلوروديكان لتقليل سطح الجسيمات لتشكيل طلاء كثيف. بعد وضع LixSi المطلي في هواء جاف لمدة 5 أيام ، لم يكن هناك توهين تقريبًا. بعد وضعها في الهواء مع رطوبة نسبية 10٪ لمدة 6 ساعات ، كانت السعة النوعية لا تزال عالية مثل 1604 مللي أمبير / 0.01-1.00 فولت و 0.02 درجة مئوية ، ومعدل الاحتفاظ بالقدرة يصل إلى 77٪.
إضافة 5٪ إلى أنود الجرافيت لمكملات الليثيوم ، في ظل ظروف 0.005-1.500 فولت و 0.05 درجة مئوية ، زاد ICE من 87.0٪ إلى 96.7٪. من أجل زيادة تحسين استقرار LixSi ، يمكن استخدام SiO و SiO2 لاستبدال Si كمواد خام لتركيب المواد المركبة LixSi-Li2O. بعد وضع المركب في الهواء مع رطوبة نسبية 40٪ لمدة 6 ساعات ، كانت السعة النوعية عالية تصل إلى 1240 مللي أمبير / جرام تحت ظروف 0.01-1.00 فولت و 0.02 درجة مئوية. أظهرت المواد الخام أداءً ممتازًا لمكملات الليثيوم.
كهربائيا محلول مائي ملح الليثيوم لمكملات الليثيوم
سواء كان ذلك باستخدام رقائق الليثيوم ، SLMP أو مسحوق سيليسيد الليثيوم لتكميل الليثيوم ، فإن استخدام الليثيوم المعدني متضمن. معدن الليثيوم له سعر مرتفع ونشاط مرتفع ويصعب تشغيله. يتطلب التخزين والنقل تكاليف عالية للحماية. إذا كانت عملية تجديد الليثيوم لا تتضمن الليثيوم المعدني ، فيمكن توفير التكلفة ويمكن تحسين أداء السلامة. يُستكمل السيليكون بالليثيوم عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول Li2SO4 المائي في خلية إلكتروليتية. القطب الذبيحي هو سلك نحاسي مغمور في Li2SO4. يظهر تفاعل مكملات الليثيوم في الصيغة (1):
تم تحليلها كهربائياً عند تيار 1 أمبير / جم لمدة 4.2 ساعة ، تم اختبار MnOx | Si خلية كاملة بعد إضافة الليثيوم عند 0.5 إلى 3.8 فولت ، وكانت السعات المحددة 0.5 درجة مئوية ، 1.0 درجة مئوية ، 2.0 درجة مئوية ، 4.0 درجة مئوية و 8.0 درجة مئوية. 160 مللي أمبير / جرام ، على التوالي ، 136 مللي أمبير / جرام ، 122 مللي أمبير / جرام ، 108 مللي أمبير / جرام ، 92 مللي أمبير / جرام.
تقنية مكملات الليثيوم الكاثود
بالمقارنة مع مكمل الليثيوم الكهربائي السالب الصعب والمدخلات العالية ، فإن مكمل الليثيوم الكهربائي الموجب أبسط بكثير. يتمثل ملحق الليثيوم الكاثود النموذجي في إضافة كمية صغيرة من المواد عالية السعة أثناء عملية خلط ملاط الكاثود. أثناء عملية الشحن ، يتم استخراج Li + من مادة عالية السعة لتكملة فقد السعة الذي لا رجعة فيه للشحنة الأولى والتفريغ. في الوقت الحاضر ، تشتمل المواد المستخدمة كمضافات الليثيوم التكميلية للكاثود بشكل أساسي على: المركبات الغنية بالليثيوم ، والمركبات النانوية القائمة على تفاعلات التحويل ، ومركبات الليثيوم الثنائية.
مركبات غنية بالليثيوم
فقدان القدرة الذي لا رجعة فيه لـ Si-C | LiNi0. 5 مليون 1. يتم تعويض الخلية الكاملة 5O4 باستخدام مادة الليثيوم الغنية Li1 + x Ni0. 5 مليون 1. 5O4. كان معدل الاحتفاظ بالقدرة للبطارية باستخدام الكاثود الهجين لمدة 100 دورة عند 3.00-4.78 فولت عند 0.33 درجة مئوية 75٪ ، بينما كان معدل احتفاظ البطارية باستخدام LiNi0.5 Mn1 النقي. 5 O4 كان الكاثود 51٪ فقط. علاوة على ذلك ، تمت زيادة كثافة الطاقة لبطارية Si-C | LiNi0.5Mn1.5O4 باستخدام الكاثود الهجين بنسبة 25 ٪ مقارنة بالجرافيت | بطارية LiNi0.5Mn1.5O4.
يمكن أيضًا استخدام Li2NiO2 كمضاف إضافي لليثيوم إيجابي ، لكن استقراره في الهواء ضعيف. تم تعديل Li2NiO2 باستخدام أيزوبروبوكسيد الألومنيوم ، وتم تصنيع مادة Li2NiO2 المطلية بالألومينا والتي كانت مستقرة في الهواء ، وكان تأثير مكملات الليثيوم ممتازًا. تحتوي بطارية LiCoO2 | الجرافيت الكاملة غير المبطنة على ICE بنسبة 92٪ عند 2.75-4.20 فولت و 0.2 درجة مئوية ، والبطارية التي تحتوي على 4٪ Li2NiO2 المضافة لا تكاد تفقد أي سعة ، ولا يتأثر أداء المعدل بالإضافات.
تمت إضافة Li5FeO4 (LFO) إلى كاثود LiCoO2 للتعويض عن فقد قدرة أنود الكربون الصلب أثناء الشحن الأول. تُظهر اختبارات نصف الخلية أن السعة المحددة الأولى لتفريغ الشحن (2.75-4.30 فولت) للإلكترود الموجب LiCoO2 مع إضافة 7٪ LFO عند 0.1 درجة مئوية هي 233 مللي أمبير / جرام و 160 مللي أمبير / جرام ، على التوالي ، والقدرة التي لا رجعة فيها تمثل 31٪ ، وهو ما يكفي لتعويض 22٪ من الكربون الصلب. أول خسارة في القدرة لا رجعة فيها. أظهرت نتائج اختبار الخلية الكاملة (2.75-4.30 فولت ، 0.05 درجة مئوية) أن LiCoO2 | خلية كاملة الكربون الصلب مع إضافة 7٪ LFO كان لها زيادة بنسبة 14٪ في السعة القابلة للعكس ، وزيادة بنسبة 10٪ في كثافة الطاقة ، و أداء دورة محسّن. تحسن الاحتفاظ بالقدرة المحددة بعد 50 دورة من أقل من 90٪ إلى أكثر من 95٪. بالنسبة إلى كاثود LiCoO2 مع إضافة LFO ، يجب تنفيذ العمليات مثل خلط الملاط والطلاء في جو خامل ، كما يجب تحسين استقرار LFO في بيئة الهواء.
المركبات النانوية على أساس تفاعلات التحول
على الرغم من أن المركبات الغنية بالليثيوم قد حققت تأثيرات معينة كإضافات مكملة لليثيوم ، إلا أن تأثير تجديد الليثيوم الأول لا يزال محدودًا بقدرة محددة منخفضة. نظرًا للتباطؤ الكبير لجهد الشحن / التفريغ ، يمكن للمركبات النانوية القائمة على تفاعل التحويل أن تساهم بكمية كبيرة من الليثيوم أثناء عملية الشحن الأولى للبطارية ، بينما لا يمكن أن يحدث تفاعل إقحام الليثيوم أثناء عملية التفريغ.
تم فحص خصائص M / أكسيد الليثيوم (Li2O) ، M / فلوريد الليثيوم (LiF) ، M / lithium sulfide (Li2S) (M = Co ، Ni و Fe) كإضافات تكميلية من الليثيوم كاثود. تم تصنيع M / Li2O عن طريق خلط MxOy والليثيوم المصهور تحت جو الأرجون. تم تدوير مركب nano-Co / nano-Li2O (N-Co / N-Li2O) المركب عند 50 مللي أمبير / جم عند 4.1 إلى 2.5 فولت ، بسعة محددة تبلغ 619 مللي أمبير / جم للشحنة الأولى و 10 مللي أمبير / ساعة فقط / ز للتصريف. ؛ بعد تعرض N-Co / NLi2O للهواء المحيط لمدة 8 ساعات ، كانت السعة المحددة للتخلص أقل من القيمة الأولية 51 مللي أمبير / جم فقط ، وبعد 2 د ، كانت السعة المحددة للتخلص لا تزال 418 مللي أمبير / جم ، مما يشير إلى أن NCo / يتمتع N -Li2O باستقرار بيئي جيد ومتوافق مع عملية إنتاج البطاريات التجارية. على غرار N-Co / N-Li2O و N-Ni / N-Li2O و N-Fe / N-Li2O ، تتمتع أيضًا بقدرات شحن محددة عالية (506 مللي أمبير / جم و 631 مللي أمبير / جرام ، على التوالي) وتفريغ منخفض جدًا. السعة (على التوالي 11 مللي أمبير / جرام و 19 مللي أمبير / جرام) ، أداء الليثيوم ملحق ممتاز.
يحتوي LiF على نسبة عالية من الليثيوم وثبات جيد ، وهو مادة مكملة لليثيوم كاثود محتملة. يمكن للمواد النانوية M / LiF التي تم إنشاؤها بواسطة تفاعل التحويل التغلب على مشاكل الموصلية الكهربائية والأيونية المنخفضة ، وإمكانية التحلل الكهروكيميائي العالية ، ومنتجات التحلل الضارة لـ LiF ، مما يجعل LiF مادة مضافة تكميلية لليثيوم الكاثود ممتازة. تبلغ السعة المحددة للتخلص من LiF / Co عند 4.2-2.5 فولت عالية مثل 520 مللي أمبير / جم ، والسعة المحددة لإقحام الليثيوم هي 4 مللي أمبير / جرام فقط ، مما يشير إلى أن سعة تجديد الليثيوم لـ LiF / Co تصل إلى 516 مللي أمبير / جم . تبلغ السعة المحددة للتخلص من LiF / Fe عند 4.3-2.5 فولت 532 مللي أمبير / جم ، وقدرة إقحام الليثيوم المحددة هي 26 مللي أمبير / جم ، مما يشير إلى أن سعة تجديد الليثيوم في LiF / Fe تصل إلى 506 مللي أمبير / جم. تتمتع خلية LiFePO4 | Li ذات الخلية النصفية المضافة بنسبة 4.8٪ LiF / Co بسعة محددة تبلغ 197 مللي أمبير / جرام للشحنة الأولى عند 2.5-4.2 فولت عند 0.1 درجة مئوية ، وهي أعلى بنسبة 20.1٪ من تلك الموجودة في 164 مللي أمبير / جرام بدون LiF / Co. القدرات المحددة متشابهة ، ولا يتأثر استقرار الدورة بالإضافات.
تصل السعة النظرية لـ Li2S إلى 1166 مللي أمبير / جم ، ولكن كمضاف إضافي لليثيوم ، لا تزال هناك العديد من المشكلات التي يجب حلها ، مثل التوافق مع المنحل بالكهرباء ، وسوء العزل ، وضعف الاستقرار البيئي. لقد وجد أنه يمكن حل هذه المشكلات عن طريق إدخال المعادن في Li2S لتشكيل مركبات L2S / M. إن Li2S / Co المُصنَّع من CoS2 ومعدن Li لديه قدرة تجديد الليثيوم تبلغ 670 مللي أمبير / جرام. يحتوي القطب LFP المضاف بنسبة 4.8٪ Li2S / Co على سعة محددة تبلغ 204 مللي أمبير / جرام للشحنة الأولى عند 2.5-4.2 فولت مع 0.1 درجة مئوية ، وهو أعلى بمقدار 42 مللي أمبير / جرام من القطب بدون إضافة. Li2S / Fe المُصنَّع من FeS2 والمعدن Li لديه قدرة تجديد الليثيوم تبلغ 480 مللي أمبير / جرام. على الرغم من أن سعة تجديد الليثيوم أقل من قدرة Li2S / Co ، إلا أن المادة الخام FeS2 وفيرة ورخيصة ، وبالتالي فإن احتمالية التطبيق التجاري لـ Li2S / Fe أفضل. على الرغم من أن المركب الغني بالليثيوم له قدرة أعلى على تجديد الليثيوم ، فإن المركب النانوي المعتمد على تفاعل التحويل سيبقى أكاسيد الفلزات والفلوريدات والكبريتيدات غير النشطة بعد تجديد الليثيوم الأول ، مما يقلل من كثافة الطاقة للبطارية.
مركبات الليثيوم الثنائية
بالمقارنة مع أكاسيد الليثيوم الغنية (حوالي 300 مللي أمبير / جم) ومركبات تفاعل التحويل (500-700 مللي أمبير / جم) ، فإن السعة النظرية المحددة لمركبات الليثيوم الثنائية أعلى بكثير. تصل السعات النظرية المحددة لـ Li2O2 و Li2O و Li3N إلى 1168 مللي أمبير / جرام و 1797 مللي أمبير / جرام و 2309 مللي أمبير / جرام على التوالي. هناك حاجة إلى كمية صغيرة فقط من الإضافة لتحقيق تأثير مكملات الليثيوم المماثلة. من الناحية النظرية ، فإن بقايا هذه المواد بعد مكملات الليثيوم هي O2 ، N2 ، إلخ ، والتي يمكن استنفادها أثناء تكوين فيلم SEI في البطارية.
تم طحن Li3N التجاري إلى مسحوق بحجم جسيم من 1 إلى 5 ميكرومتر ، والذي تم استخدامه كمضاف إضافي لليثيوم. في نظام نصف الخلية ، تمت إضافة أقطاب LiCoO2 بنسبة 1٪ و 2٪ Li3N ، وكانت السعات المحددة للشحنة الأولى عند 0.1 درجة مئوية عند 3.0-4.2 فولت 167.6 مللي أمبير / جرام و 178.4 مللي أمبير / جرام ، على التوالي ، والتي كانت 18.0 مللي أمبير / جم أعلى من LiCoO2 النقي. ز ، 28.7 مللي أمبير / جرام. قدرة التفريغ لـ LiCoO2 | SiOx / C @ Si خلية كاملة مع إضافة 2٪ Li3N عند 0.5 درجة مئوية عند 1.75 إلى 4.15 فولت زادت بنسبة 11٪ مقارنة بالخلية الكاملة بدون إضافة المادة المضافة. من أجل حل مشكلة توصيل القطب المختلط ، يتم ترسيب Li3N على سطح القطب LiCoO2 ، والذي يمكن أن يقلل من التأثير على موصلية القطب. البطارية الكاملة التي تحتوي على 5٪ مضافة مترسبة على سطح القطب الموجب لها سعة تفريغ محددة تبلغ 126.3 مللي أمبير / جرام ، وهي أعلى بـ 14.6 مللي أمبير / جرام من البطارية بدون إضافات ، ومعدل الأداء مشابه لـ أداء الدورة.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تحميل Li3N على سطح القطب الجاف إلى تجنب عدم توافق Li3N مع مذيبات الملاط مثل methylpyrrolidone.
تم خلط Li2O2 التجاري مع LiNi0. 33 Co0. 33 مليون 0. 33 O2 (NCM) للتعويض عن فقد الليثيوم أثناء الشحنة الأولى لأنود الجرافيت. يلعب NCM في القطب الهجين الدور المزدوج للمادة الفعالة والمحفز. من أجل التحلل الحفزي الفعال لـ Li2O2 ، تمت إضافة 1 ٪ NCM-6 h (تم الحصول عليها بواسطة الطحن الكروي لمدة 6 ساعات) إلى الكاثود. الجرافيت | NCM / NCM-6 h / 2٪ Li2O2 تم شحن الخلية الكاملة وتفريغها عند 2.75 إلى 4.60 فولت ، وكانت السعة الأولى القابلة للانعكاس عند 0.1 درجة مئوية 207.1 مللي أمبير / جم ، والتي كانت أعلى بنسبة 7.8٪ من الجرافيت | خلية كاملة NCM ؛ سعة محددة عكسية 0.3 درجة مئوية 165.4 مللي أمبير / جرام ، وهو أعلى بنسبة 20.5٪ من الجرافيت | بطارية كاملة NCM. يُظهر الاختبار أن الأكسجين الناتج عن تحلل Li2O2 سوف يستهلك Li + المحدود في الخلية الكاملة ، مما يؤدي إلى تحلل واضح في السعة في الخلية الكاملة مع إضافة Li2O2 ، ولكن يمكن استرداد السعة بعد استنفاد الغاز. يتم تنفيذ الشحن الأول للبطارية في عملية الإنتاج الفعلية في نظام مفتوح ، وسيتم تفريغ الغاز الناتج عن تكوين فيلم SEI وبعض التفاعلات الجانبية قبل الختم ، وبالتالي فإن التأثير الناجم عن إطلاق O2 يمكن يتم تخفيض.
تمت دراسة تأثير Li2O بحجم ميكرون كمادة مضافة إضافية لليثيوم إيجابية ، و SiO-SnCoC | Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2 مع إضافة 20٪ Li2O ، السعة المحددة الأولى عند 10 مللي أمبير / جم عند 2.0 ~ 4.5 V دورة من 176 مللي أمبير / جرام إلى 254 مللي أمبير / جرام. أظهرت النتائج التجريبية أن المادة الغنية بالليثيوم Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2 تلعب الأدوار المزدوجة للمادة الفعالة والمحفز.
خاتمة
بمقارنة طريقتين لتجديد الليثيوم لبطاريات الليثيوم البوليمر ، فإن مسار تجديد الليثيوم ذو القطب السالب لديه قدرة عالية على كواشف تجديد الليثيوم (رقائق الليثيوم ، ومسحوق الليثيوم ، ومسحوق سليدات الليثيوم) ، ولكن العملية معقدة وتتطلب بيئية عالية المتطلبات؛ عن طريق إضافة إضافات تجديد الليثيوم إلى القطب الموجب ، يتفوق مسار مكملات الليثيوم للإلكترود الموجب في الأمان والاستقرار العاليين ، والتوافق الجيد مع عملية إنتاج البطاريات الحالية.
بطارية Keheng ذاتية التسخين
100AH 12 فولت تدفئة منخفضة الحرارة تمكين
فكرة واحدة عن "عدة طرق لتجديد بطارية ليثيوم بوليمر"
مرحبًا، شكرًا لك على مشاركة هذا المنشور الغني بالمعلومات! لقد استمتعت حقًا بقراءة وجهة نظرك حول هذا الموضوع وأقدر الرؤية التي قدمتها. لقد وجدت المعلومات التي قدمتها مفيدة للغاية ومفيدة بالنسبة لي. وإنني أتطلع إلى قراءة المزيد من المشاركات منك في المستقبل! آمل أن تتمكن أيضًا من قراءة كتاباتي المتعلقة بالصحة، وآمل أن تضيف كتاباتي أيضًا نظرة ثاقبة لنا جميعًا.