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什么是锂电池“补锂”?

2023.3.29

补锂就是预锂化技术。

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这是因为,采用硅负极后,首次库伦效率低的问题就比较突出。就是由于硅的膨胀比较大,这让硅表面的SEI膜(固体电解质界面膜)始终处于“破坏-重构”的动态过程中,最终导致SEI膜厚度持续增加,界面阻抗升高,活性物质消耗,致使容量衰减,首效降低。

而这种首次充电时的大量锂损耗,是不可逆的。为了保障电池的容量,就需要把损失的锂补回来,这种技术就是预锂,目的是延长锂电池的循环寿命。

那么,石墨负极和硅负极首次充放电的锂损耗各是多少呢?通过研究发现,现有的石墨材料有5~10%的首次不可逆锂损耗,而对于高容量负极材料,首次锂损耗甚至更高。而硅材料的不可逆锂损耗达15~35%。所以,掺硅和补锂同时进行就成为必然。

说到补锂技术,则又分为正极补锂和负极补锂。不过,根据业内专家的说法,目前企业采用负极补锂技术的较多。方法大致有通过电化学预锂化、直接接触短路法这样简单有效的方式。不过这对环境的要求高,如无氧、无水、干燥环境等,是大规模应用的难点所在。

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此外,还有一种采用金属锂粉进行预锂化的方法,也是目前商业化最有效、最直接的方法。不过,这种工艺对于生产环境的要求非常之高,需要研发密闭的混浆设备,而且要避免高速搅拌带来电极材料、导电剂等燃烧的安全隐患。

可以这么说,预锂化的产业化难度极大。难点在于,就像国轩高科工程研究总院常务副院长徐兴无说的,“锂金属是最活泼的金属之一,空气中的微量水分,都可能引发锂金属的燃烧甚至爆炸。所以,业内对于预锂技术多停留在实验室阶段。”

当然,由于预锂化的好处是显而易见的,目前包括宁德时代、国轩高科、万向一二三、微宏动力、天津巴莫等企业也都在积极布局,寻求突破。

从申请ZL上来看,目前宁德时代在这一领域的ZL数量最多,智己汽车搭载的“掺硅补锂”电池正是来自宁德时代。此外,还有国轩高科表示其自研的预锂化技术,已经能够真正进行大规模的生产应用,在这一技术上有了重大突破。这种你争我夺的态势,应该会成为一种常态。


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