新能源汽车技术和销量高速发展的同时,对于锂电池的技术要求也在逐渐提高。现阶段之下,通过使用新的正负极材料和新的电池结构设计可以起到对能量密度的提升。例如高镍三元锂正极、含硅基负极、CTB以及CTC一体化技术等。
除此以外,锂电池补锂技术也是提高能量密度的重要方式。在锂电池首次充电的过程中,电解液在石墨负极表面进行反应形成固体电解质界面膜(SEI膜),消耗大量由正极析出的锂,从而导致锂电池的容量和能量密度衰减。
因此,为了抵消形成SEI膜对电池造成的不可逆锂损耗,维持电池的总容量和能量密度,研究人员便研发出补锂技术。
补锂技术也叫做预锂化或者嵌锂技术,在锂电池工作前向电池内部增加锂以此达到补充锂离子的目的。常见的补锂技术包括正极补锂和负极补锂。
正极补锂通常采用电化学法,通过在锂离子电池的正极添加材料,让电池在充电过程中通过材料分解释放出活性锂,以此来实现弥补SEI膜形成时造成的正极不可逆锂损失。
负极补锂是目前重点发展的技术方向,包括自放电补锂(锂箔补锂)、物理补锂、化学补锂以及电化学补锂等多种技术。
锂箔补锂就是利用自放电原理的一项补锂技术,由于金属锂的电位在所有电极材料中最低,再加上电势差的存在,因此在有电解液的情况下,将负极材料与金属的锂箔材料直接接触,经过热力学反应锂离子便会跟随电子进行移动实现负极补锂。
锂粉补锂是常用的化学补锂手段,其原理是使用低电势的含锂化学试剂(也叫做补锂剂)与负极材料发生化学反应,对负极进行补锂。锂粉补锂这项技术是由美国FMC公司所提出,同时这家公司也是最早开发出稳定锂粉,通过喷洒或匀浆加入等工艺加入到负极之中实现补锂。
电化学补锂通过引入金属锂与负极组成对电极,然后运用电化学原理控制充放电深度完成负极补锂。不过此方法较为复杂,涉及到电池的拆解和组装,各厂家技术也不相同。
例如特斯拉的专利通过将金属锂分或者包含锂粉的混合物材料涂抹在负极表面,然后通过电化学实现负极补锂。
其实对比之下,正极补锂较为简单,为什么行业要费力研究更为麻烦复杂的负极补锂技术?
这是因为正极补锂技术中需要用到添加剂等材料稳定性较差,容易影响电池性能从而带来安全隐患,还有的材料分解产物与正极材料不兼容。这也就导致了正极补锂技术中添加剂材料的选择困难重重。
补锂技术正在成为关键的技术手段,对锂电池能量密度和循环寿命的提高起到了关键的作用。只不过,负极补锂技术将会成为着重研究的方向,提高工艺的稳定性和生产的安全性。
新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,集流体,电池包相关的结构胶,缓存,阻燃,隔热,外壳结构材料等材料。 为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。
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