Meningkatkan efisiensi coulombic awal baterai lithium-ion adalah topik yang kompleks dan penting, yang berhubungan langsung dengan pemanfaatan energi dan kinerja baterai secara keseluruhan. Berikut ini adalah analisis mendalam tentang faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi coulombic pertama baterai lithium-ion dari berbagai perspektif, dan mengusulkan solusi yang sesuai.
1.Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi coulombic pertama baterai lithium-ion
(1) Karakteristik bahan anoda
①Luas permukaan spesifik: Semakin besar luas permukaan spesifik elektroda anoda grafit, semakin banyak ion litium yang diperlukan untuk membentuk film antarmuka elektrolit padat (film SEI), sehingga mengurangi efisiensi coulombik pertama.
②Jenis bahan: Meskipun bahan elektroda anoda berbasis silikon memiliki kapasitas penyimpanan litium yang tinggi, perubahan volumenya yang besar dapat dengan mudah menyebabkan ketidakstabilan film SEI, yang selanjutnya mengurangi efisiensi coulombik pertama.
|
|
|
(2) Komposisi elektrolit
①Jenis pelarut: Jenis pelarut dalam elektrolit mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap pembentukan dan stabilitas film SEI. Misalnya, elektrolit dengan kandungan etilen karbonat (EC) yang tinggi mendukung pembentukan film SEI yang stabil, namun kandungan yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menyebabkan penurunan efisiensi coulomb pertama.
② Aditif: Aditif pembentuk film dalam elektrolit, seperti vinilena karbonat (VC), dapat mendorong pembentukan film SEI dan meningkatkan stabilitasnya, sehingga meningkatkan efisiensi coulombik pertama.
(3) Formasi
①Tegangan dan arus pengisian: Pengaturan tegangan dan arus selama pengisian formasi secara langsung mempengaruhi kualitas formasi dan ketebalan film SEI. Tegangan dan arus yang berlebihan dapat menyebabkan film SEI menjadi terlalu tebal dan tidak merata, sehingga meningkatkan konsumsi ion litium dan menurunkan efisiensi coulomb pertama.
②Kapasitas formasi: Kapasitas muatan formasi merupakan faktor penting yang mempengaruhi efek pembentukan film SEI. Kapasitas formasi yang sesuai dapat menjamin kualitas pembentukan film SEI sekaligus menghindari konsumsi ion litium yang berlebihan.
(4) Proses Pembuatan Baterai
①Pelapisan dan kalender: Ketebalan lapisan dan kepadatan pemadatan katoda dan anoda memiliki pengaruh penting pada pengangkutan ion litium dan pembentukan film SEI. Pelapisan yang tidak merata dan kepadatan pemadatan yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan efisiensi coulomb pertama.
 |
 |
②Penggulungan dan perakitan: Faktor-faktor seperti kontrol tegangan dan penyelarasan selama penggulungan, kebersihan selama perakitan dapat mempengaruhi struktur internal dan kinerja baterai, sehingga mempengaruhi efisiensi coulombik pertama.
|
|
|
2. Cara meningkatkan efisiensi coulomb pertama pada baterai lithium-ion
(1) Optimalkan bahan anoda
①Mengurangi luas permukaan spesifik: Dengan mengoptimalkan morfologi partikel dan distribusi ukuran partikel bahan elektroda anoda, luas permukaan spesifiknya dapat dikurangi, sehingga mengurangi jumlah ion litium yang diperlukan untuk pembentukan film SEI.
②Menambahkan stabilisator: Memperkenalkan stabilisator seperti lapisan karbon ke dalam bahan elektroda anoda untuk meningkatkan stabilitas strukturalnya dan stabilitas film SEI.
(2) Menyesuaikan formulasi elektrolit
①Optimalkan rasio pelarut: Sesuaikan rasio setiap pelarut dalam elektrolit sesuai dengan karakteristik bahan elektroda anoda untuk membentuk film SEI yang stabil dan padat.
②Menambahkan aditif pembentuk film: Tambahkan aditif pembentuk film seperti VC dalam jumlah yang sesuai ke elektrolit untuk mendorong pembentukan film SEI dan meningkatkan stabilitasnya.
(3) Optimalkan formasi
①Kontrol tegangan dan arus yang tepat: Kontrol tegangan dan arus secara tepat selama pengisian formasi sesuai dengan karakteristik bahan elektroda anoda dan persyaratan desain baterai.
②Optimalkan kapasitas formasi: Tentukan kisaran kapasitas muatan formasi yang optimal melalui eksperimen untuk memastikan kualitas pembentukan film SEI dan menghindari konsumsi ion litium yang berlebihan.
(4) Meningkatkan proses pembuatan baterai
①Meningkatkan akurasi pelapisan dan pemadatan: Gunakan peralatan dan teknologi pelapisan dan kalender canggih untuk meningkatkan keseragaman ketebalan lapisan dan kepadatan pemadatan elektroda positif dan anoda.
②Memperkuat kebersihan dan kontrol kualitas: Memperkuat kontrol kebersihan dan pemeriksaan kualitas selama proses pembuatan baterai untuk memastikan integritas struktur internal baterai dan stabilitas kinerja.
(5) Menggunakan teknologi pra-litisi
Pra-litisiasi elektroda anoda: Lapisan litium diendapkan terlebih dahulu pada permukaan elektroda anoda melalui teknologi pra-litium untuk mengkompensasi ion litium yang dikonsumsi ketika film SEI terbentuk, sehingga meningkatkan efisiensi coulombik pertama. Metode pra-litisi yang umum mencakup pembentukan awal elektroda anoda dan penyemprotan bubuk litium pada elektroda anoda.
3. Kesimpulan
Meningkatkan efisiensi coulombic pertama dari baterai lithium-ion memerlukan berbagai pendekatan. Pertimbangkan secara komprehensif faktor-faktor seperti sifat bahan anoda, komposisi elektrolit, sistem pembentukan dan pengisian, serta proses pembuatan baterai. Dengan mengoptimalkan faktor-faktor ini dan mengadopsi teknologi pra-litisiasi yang canggih, efisiensi coulombic pertama dari baterai lithium-ion dapat ditingkatkan secara efektif dan kinerja keseluruhannya dapat ditingkatkan. Perlu dicatat bahwa strategi untuk meningkatkan efisiensi coulomb pertama mungkin berbeda pada kondisi material dan proses yang berbeda, sehingga eksperimen dan optimasi perlu dilakukan sesuai dengan keadaan tertentu.
