侵权投诉
搜索
热门搜索:
当前位置:

OFweek锂电网

锂电池

正文

锂电池首次效率低 哪家解决方案强?

导读: 针对锂离子电池循环寿命差,研究工作已经做了很多,针对电极材料的措施,针对电解液的措施,针对电极结构的措施,都已经比较成熟,锂离子电池的寿命目前已经得到了很大的提升。而针对电池电压低所开发的高电压电极材料,以及配套的电解液也已经逐渐成熟,正在逐步开展应用。

  锂离子电池几大烦:一烦电池首效低,充入10安放9安;二烦循环寿命差,不到500就完蛋;三烦电池电压低,4.2V就结束。

  针对锂离子电池循环寿命差,研究工作已经做了很多,针对电极材料的措施,针对电解液的措施,针对电极结构的措施,都已经比较成熟,锂离子电池的寿命目前已经得到了很大的提升。

  而针对电池电压低所开发的高电压电极材料,以及配套的电解液也已经逐渐成熟,正在逐步开展应用。

  只有首次效率低的问题,还没有得到比较好的解决,目前还没有成熟的解决方案,目前有3M公司开发的惰性锂粉,虽然可以用作补充负极锂源,但是由于安全性差(存在粉尘爆炸的风险),成本高(材料成本高、设备改造成本高)短期内还难以取得广泛的应用,而正极补锂似乎是一个可能的选择,正极补锂只需要在正极加入一下含锂氧化物,成本低,不改变原有工艺,不涉及金属锂,因此安全性大大提高。

  以典型的LiCoO2/C全电池为例,在首次充电的过程中,随着Li+的嵌入,石墨的电势逐渐降低,当低于电解液稳定的电位时,电解液就会在石墨负极的表面还原分解,消耗一部分锂,从而导致大约10%左右的不可逆容量。当负极换做不可逆容量更高的硬碳、硅等材料时,这种容量损失将更加明显。

  Li5FeO4是一种理想的正极锂源,其比容量达到867mAh/g,理论上每摩尔的Li5FeO4可以提供5个Li+,通过在传统的正极材料中混入一定量的Li5FeO4,可以显著的提高锂离子电池首次效率和能量密度。

  Xin Su等针对Li5FeO4作为正极锂源开展了相关研究,他们正极采用了LiCoO2(库伦效率为98%),负极采用了硬碳(首次库伦效率仅有80%左右),Li5FeO4采用固相法合成。在首次充电的过程中,LFO材料能至少释放出4个Li+,相当于比容量为700mAh/g以上,如下面反应方程所示:

  在这个过程中,大部分的锂离子都无法可逆的再次嵌入到LiFeO2中,但是这些锂离子可以用于抵消负极带来的不可逆容量损失。因此在使用中我们只需要在正极材料中加入少量的Li5FeO4即可。

  实验中研究发现通过在正极中添加仅7%的LFO材料,正极首次充电容量可达233mAh/g,而首次放电容量仅为160mAh/g, 7%含量的LFO提供了额外31%的Li+,这些锂离子最终都会进入到负极材料中,从而弥补负极首次效率低的问题。

  因此当负极材料使用石墨类材料(不可逆容量为10%左右)时,可以适当的降低正极中LFO的含量。

  计算可以得知当正负极的容量配比为1:1时,由于硬碳较大的不可逆容量,导致实际上正极剩余的容量仅有129mAh/g(充电电压为2.7-4.3V),而在正极中加入LFO后,由于LFO的锂补充了在首次充电过程中损失的锂,从而使得正极的剩余可逆容量达到159mAh/g,这意味着整个电池有10%左右的能量密度的提升。

  鉴于7%的LFO可以提供额外的31%的锂离子,因此可以适当的降低LFO的添加量,以刚好满足负极的不可逆容量(例如石墨10%左右,Si材料25%左右),因此电池的能量密度还可以得到进一步的提升。

  同时研究还发现,LFO添加不仅提高了电池的首次效率,还由于LFO提供了额外的Li从而显著的提高了电池的循环性能,50次循环容量保持率从90%提高到了95%(LCO/硬碳)。对长期循环后的电池负极进行能谱分析和X射线衍射表明,LFO材料释放锂离子后产生的LiFeO2材料会留在正极内,不存在Fe元素溶解后,再次在负极析出Fe元素的风险。

  Li5FeO4材料是一种安全可靠,并且高效的正极添加锂源,其成本相对较低,能在首次充电时释放大量锂离子,并且释放锂离子后的产物活性极低,不会发生再次嵌锂或者溶解,因此是一种极有潜力的正极锂源,随着硅负极等高容量,高不可逆容量的负极材料的应用,市场对正极补锂材料的需求会进一步扩大。

声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

技术文库

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号