退役磷酸铁锂电池负极石墨的预锂化再生

对退役磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池的负极石墨进行预锂化,使石墨变为锂碳化合物并进行热处理,从而实现石墨的晶型转变.将预锂化后的LiFePO_(4)电池热处理,回收得到的石墨经不同处理,所得样品分别与导电炭黑和黏结剂等物质进行混合制成新的电极,组装成电池后进行电池的性能测试.结果表明,在电流为0.1C的条件下,预锂化热处理的石墨样品经酸浸后所制成的纽扣电池平均放电比容量为322.3 mAh·g^(-1),远远高于其他对比组,其循环稳定性也强于人造石墨.说明退役电池负极石墨通过预锂化、热处理和酸浸处理后能够得到优质再生石墨.

锂离子电池预锂化技术研究进展

为了提升锂离子电池的首次库伦效率,减小首次充放电过程中的锂不可逆损失,对高容量的硅等材料的工业应用,锂离子电池电极材料进行预锂化处理至关重要。本文综述了近些年来锂离子电池预锂化技术的研究进展,主要阐述了负极补锂和正极补锂中使用到的几种常见的补锂技术研究,并对未来预锂化技术发展进行了展望。

锂离子电池稳定金属锂粉预锂化策略研究进展

随着经济社会全面绿色转型和新能源汽车产业的蓬勃发展,人们对具有高能量密度的先进锂离子电池产生了巨大需求。然而,锂离子电池在首次充放电过程中,由于固体电解质界面(SEI)膜和不可逆产物的生成会产生巨大的初始活性锂损失,降低了电池的能量密度,严重阻碍了其商业应用。预锂化使电极材料提前接触额外的活性锂源,补偿其在首次循环过程中造成的活性锂损失,是目前提高锂离子电池首效和能量密度的最有效的手段。稳定化金属锂粉末(SLMP)预锂化具有超高的预锂容量,并且预锂工艺简单,是最常用的预锂化方法。综述了SLMP预锂化方法的研究进展,分析其优势及挑战,并展望其未来发展方向,为稳定金属锂粉在预锂化及锂粉稳定化处理等方面的进一步研究提供思路和启发,为提高锂离子电池的首次库伦效率和能量密度提供参考。

锂离子电池硅基负极预锂化技术的研究进展

硅基负极具有高理论容量、高安全性、环境友好性等优点,因此被认为是有潜力的新型负极材料。硅材料在首次充放电过程中会生成不可逆的硅酸盐,导致首次库伦效率降低、循环过程中体积膨胀与电解液的严重副反应,进而导致活性锂损失,严重阻碍了硅极负极的工业化进程。预锂化可以补偿初始活性锂损失来提升首效。总结了近年来硅基负极预锂化方法的研究进展以及各种预锂化技术的优缺点,并对其应用前景进行了展望。

锂离子电池硅基阳极预锂化研究进展

硅基阳极材料具有超高的理论比容量,是替代石墨类材料、提高锂离子电池能量密度的有效途径。但与石墨类材料相比,硅基阳极材料在首次嵌锂过程中,会大量消耗来自正极的锂离子,造成活性锂损失,形成较大的初始不可逆容量,影响材料的首次库伦效率,严重降低了锂离子电池的能量密度。预锂化技术,通过使电极材料接触额外的锂源,可以补偿锂离子电池在首次循环过程中造成的活性锂损失,是目前提高锂离子电池首次库伦效率的最有效手段,可使锂离子电池获得更高的能量密度和更好的循环性能。对当前主要的预锂化手段进行了概述,总结了各种预锂化技术的优缺点,并提出预锂化技术未来面临的挑战,为预锂化策略的实际性应用提供方向。

基于稳定化金属锂粉的硅电极预锂化性能探究

为了解决锂离子电池首次充放电效率过低、不可逆容量损失会消耗大量电解液和正负极材料中脱出锂离子的问题,基于稳定化金属锂粉(SLMP)对硅电极进行预锂化,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对电极表面形貌及组成进行分析,探讨预锂化搁置时间及预锂化试剂用量对硅电极储锂性能的影响规律。研究表明,预锂化之后,减少了首次不可逆容量,提高了电极循环稳定性能。在预锂化搁置时间为36 h和SLMP用量为0.3 mg的条件下,硅电极的首次可逆容量可以达到3 444.9 mAh·g^(-1),经过60次充放电循环后,容量依然能保持1 247.2 mAh·g^(-1)。预锂化技术能补偿电池初始及循环过程中的不可逆容量损失,提高电池的容量及能量密度,显著延长电池的使用寿命。

预锂化在SiO_(x)@C负极材料中的应用研究

通过正硅酸乙酯水解、蔗糖热解包覆制备了锂离子电池SiO_(x)@C负极材料。为了减少SiO_(x)@C在首次循环中的不可逆容量损失,采用SiO_(x)@C与金属锂片直接接触的方法对其进行预锂化,考察了不同预锂化处理时间对材料电化学性能的影响,研究了预锂化处理前后材料表面形貌和组成成分的变化,分析了预锂化处理在材料中的作用机理。结果表明,预锂化处理3min后,SiO_(x)@C的首次库伦效率已达到99.2%,高于未预锂化的63.9%,而且仍然表现出较高的循环稳定性。通过SEM、XPS、容量微分曲线、交流阻抗谱等分析,发现预锂化处理过程中SiO_(x)@C已发生不可逆转化反应,并在材料表面形成了SEI膜,从而达到减少首次循环中不可逆容量损失的目的。

锂离子电池预锂化技术研究进展

近年来,随着锂离子电池应用日益广泛,迫切需要开发高能量密度的锂离子电池来满足日益苛刻的动力、储能电池的性能要求。采用预锂化技术对锂离子电池电极材料进行处理,可以提升锂离子电池的首次库伦效率,减小首次充放电过程中的锂不可逆损失,对高容量的硅等材料的工业应用至关重要。本文综述了近些年来锂离子电池预锂化技术的研究进展,主要阐述了化学补锂法、电化学补锂法、添加剂补锂、过锂化正极、正极添加剂等几种常见的补锂技术研究,并对未来预锂化技术发展进行了展望。

硅基负极材料预锂化研究进展和工业化趋势

综述了锂离子硅基负极材料在循环中所面临的问题及补锂技术的重要性,同时阐述了预锂化技术的概念、机理、分类和研究进展。预锂化技术分类包括化学预锂化法、电化学预锂化法、添加剂预锂化法等,分别比较了各种方法的优缺点和未来硅基负极预锂化技术产业化的挑战。

富锂镍酸锂(Li_(2)NiO_(2))作为预锂化剂对活性炭//硬碳型锂离子电容器电化学性能的影响

锂离子电容器(LIC)兼具大容量、高功率、长循环和宽温度特性,但在规模化制备中受限于预锂化这一“卡脖子”难题,导致应用推广受限。相较于负极预锂化,正极预锂化具有操作简便、产线适配性强、工艺成本低等优势。Li_(2)NiO_(2)(LNO)作为一种典型的正极预锂化剂具有储锂容量高、首次效率低、不可逆容量大、释放锂离子后相对稳定的特性,受到广泛关注。本文组装了以活性炭(AC)为正极、硬碳(HC)为负极的LIC,系统研究了正极活性材料组分中LNO的添加量(质量分数为0%,2%,5%,10%,分别命名为AC-Li0、AC-Li2、AC-Li5、AC-Li10)对LIC电化学性能的影响,发现添加量为10%时器件综合性能最佳。同AC-Li0相比,AC-Li10的循环伏安(CV)和恒流充放电曲线均呈现近似EDLC的容性行为,界面阻抗明显减小,高低温性能得以改善,在-40℃超低温环境仍具备10C放电能力,循环10000次(2.0~3.8 V)后容量保持率高达96.3%。此外,LNO的引入使得AC-Li10的额定电压可从3.8 V提升到4.0 V,器件在2.0~4.0 V测得的最大能量密度为61.21 Wh·kg^(-1),在最大功率密度20575.13 W·kg^(-1)下测得的能量密度为16.34 Wh·kg^(-1),优于商业化LIC。在LIC正极制浆过程中直接添加LNO作预锂化剂,能够显著改善器件的电化学性能并降低制程工艺成本,具有重要的科研和实用价值。

锂离子电池预锂化专利预警分析

锂离子电池预锂化技术可以在电池初始循环过程中补偿其所造成的不可逆容量损失,提高能量密度和库仑效率。对锂离子电池预锂化技术的研发进展及专利布局情况进行调研,统计、分析预锂化专利技术的发展趋势及国内外重要专利申请人的相关布局,从技术分支出发,对材料的技术功效、技术发展路线、制备方法、专利应用等方面进行阐述,围绕当前研发的热点开展专利预警分析,以期为预锂化技术的产业化及相关专利的布局提供参考信息。

锂电池负极预锂化专利现状

锂电池在化学储能和动力电池领域皆具有良好应用前景,负极材料是决定锂离子电池能量密度的关键因素之一。虽然当前负极材料具有电势低、容量高、倍率性能优异等特点,但其在循环过程中,会消耗活性锂,产生死锂,进而降低电池的可逆容量,缩短电池使用寿命。预锂化技术是在锂离子电池系统中通过锂箔预锂化、锂金属粉预锂化、锂合金添加剂预锂化、电化学预锂化和化学预锂化等方式预先引入活性锂,弥补电池在循环过程中的活性锂损失,特别是首次充放电过程带来的活性锂消耗,提升电池容量和循环寿命。

锂离子电池预锂化技术的最新研究进展

随着锂电池材料研究的深入、制造水平的提升以及市场对电池性能要求的提高,通过传统更换电极材料、开发新的电解液的思路来提升锂电池性能已经非常有限。预锂化技术的出现为锂电池性能提升,特别是在改善不可逆容量损失,提升能量密度方面给出了一条有效的解决方案,为锂电池技术的发展注入了新的活力。综述了预锂化技术在锂离子电池应用方面的最新研究进展,从预锂化材料选择、预锂化工艺方法、预锂化对锂电池性能影响机理等几个方面进行了综述,展望了预锂化技术未来的发展趋势。

以预锂化中间相碳微球为负极的锂离子电容器的电化学性能

以商品活性炭(AC)为正极,预锂化中间相碳微球(LMCMBs)为负极,组装成锂离子电容器(LICs).用X射线衍射(XRD)对LMCMB电极材料的晶体结构进行了表征和分析,预锂化量(PIC)小于200mAh·g-1时,LMCMB电极材料基本保持了原始的石墨晶体结构.利用三电极装置,测试了充放电过程中LICs的正、负极及整电容器的电压变化曲线.以LMCMB为电极,锂离子电容器负极的工作电压变低,并且电压曲线更加平坦,同时正极也可以利用到更低的电压区间.对比锂离子电容器MCMB/AC,LMCMB/AC在比能量密度、循环性能和库仑效率电化学性能方面都得到了改善.在电压区间2.0-3.8V下,100次循环后,放电比容量的保持率从74.8%增加到100%,库仑效率从95%增加到100%.LMCMB/AC电容器容量不衰退的直接原因是由于AC正极极化变小.在2.0-3.8V和1.5-3.8V电压区间内,LMCMB/AC锂离子电容器的比能量密度分别可达85.6和97.9Wh·kg-1.

预锂化技术及其在高比能硅负极中的应用

开发具有高能量密度、高安全性和长循环寿命的锂离子电池成为当今储能领域的研究热点,高容量合金及转换反应材料引起了广泛的关注,主要包括硅基、锡基、金属氧化物等。与锂离子嵌入反应负极材料不同,在充放电过程中,这类材料存在较大的首次不可逆容量损失。首次不可逆容量损失消耗了大量的电解液和正极材料中脱出的锂离子,导致较低的库仑效率。锂的损失降低了电池的能量密度和循环寿命,从而严重制约了此类材料在高比能锂离子电池中的应用。预锂化技术为解决不可逆容量损失、提高库仑效率提供了有效的解决方案。本文重点综述了高容量合金和转换反应负极材料首次不可逆容量形成的原因以及近年来预锂化技术的最新研究进展,预锂化技术主要包括物理混合、稳定的金属锂粉、电化学预锂化、接触短路反应、化学预锂化以及新发展的预锂化添加材料等,并进一步总结了预锂化在基于高容量硅基负极的锂离子电池以及锂硫电池中的应用。系统分析预锂化技术的最新进展可为其它储能系统(离子电容器、钠离子电池、钾离子电池、锂空气电池等)的进一步发展提供科学参考和理论指导。

预锂化技术在能源存储中的应用

简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极的锂损耗和安全性、锂离子电容器负极的锂补偿等问题,提升能源存储系统的性能。然而,预锂化后电极表面的固体电解质界面膜形成、枝晶生长、电解液分解以及电极内部热效应等关键问题对系统的能量/功率密度、寿命和安全性能也有重要的影响。只有充分认识和了解上述相互作用机制,并实现预锂化过程的简化与锂化程度的精准控制,才能确保预锂化电极技术的大规模使用。因此,系统地分析梳理预锂化技术在能源存储技术中的应用情况,有助于全面认知预锂化技术的发展、研究和应用现状,也可为相应及其它相关电源体系(钠电池等)的进一步发展提供科学参考和理论依据。

预锂化对锂离子电池贮存寿命的影响

为了研究拓展锂离子电池贮存寿命的方法,本工作研制了两款额定容量为2.0 A·h的软包锂离子电池,分别为采用了预锂化工艺的贮存电池和常规设计的对比电池。对比了预锂化对电池倍率性能、循环性能及贮存寿命等的影响。结果表明,预锂化可以有效降低电池自放电、提升循环容量,但会间接降低电池的倍率性能。在软包电池的设计基础上进行了18650电池的研制,同样采用预锂化处理工艺,该电池额定容量2.0 A·h、10 C放电容量达到0.2 C容量的99.8%,表现出卓越的倍率性能。55℃搁置8个月容量保持率86.6%,搁置数据拟合结果表明,其在该温度下贮存寿命是市售同类电池的2.5倍以上。另外,该电池循环300次容量无衰减,表现出优异的循环性能。

以预锂化钛酸锂为负极的混合型超级电容器的性能研究

通过对钛酸锂(LTO)负极进行电化学预锂化能够解决活性炭/钛酸锂(AC/LTO)混合型超级电容器在1.5~2.0 V电位区间的"跳水"现象(有电压没容量)。软包装AC/LTO超级电容器件的恒流充放电和循环伏安测试结果表明;当AC与LTO质量比为2:1,负极预锂化程度为5%~30%(按LTO实际容量150 m Ah/g计)时,超级电容器在1.5~2.0 V低电位区间的容量显著提高。尤其当预锂化程度为20%时,器件在1.5~2.8 V全电压窗口呈现良好的线性充放电行为,同未预锂化的单体相比,比能量提高20%以上,100C电流下能量保有率为5C时的63%,表现出优异的倍率性能。但过度预锂化会导致负极容量不足,对器件性能造成不良影响。

硬碳的预锂化及其电化学性能

以钛酸锂@活性炭复合材料作为正极,以商业化硬碳为负极同时将其与锂粉进行不同比例的复合,然后制备得到了预嵌锂硬碳//钛酸锂@活性炭锂离子电容器(LIC)。本工作通过对硬碳与锂粉进行不同比例的复合制备得到了多种预嵌锂硬碳极片,然后,通过对所制备得到的预嵌锂硬碳极片组装的LIC进行了一系列电化学性能测试,研究了硬碳极片的嵌锂量对LIC比能量和比功率的影响。结果表明:将硬碳与锂粉进行复合可以在不明显减小LIC比功率的同时,大幅提升LIC的比能量,其中当硬碳与锂粉的质量比为3∶1时所组装的LIC其能量密度最大可以达到29.69 W·h/kg,功率密度最大可以达到7.57 kW/kg,在电流密度为2 A/g时充放电循环2000次后容量保持率能够达到83.11%。

预锂化硅负极性能研究

以稳定化金属锂粉(SLMP)为预锂化试剂,对硅电极进行预锂化,探讨了SLMP对电极可逆容量及循环稳定性能的影响,预锂化电极在搁置过程中形成了较为稳定的SEI膜,补偿了电极首次放电(嵌锂)过程中形成SEI膜时损耗的锂。实验结果表明,向硅电极中引入0.7 mg SLMP,可补偿2 068.8 mAh/g的可逆比容量损失,以0.5 C循环50次后,容量保持率可从27.4%提高到58.4%。