引言锂离子电池因其出色的能量密度、工作电压、循环寿命和自放电率而成为便携式电子设备的首选。为了提高性能和安全性,开发用于电动/混合动力汽车和储能系统的创新型电池组件至关重要 [1]。目前,大多数商用锂离子电池使用微孔聚烯烃膜作为隔膜,因为它们具有电化学稳定性和机械强度。然而,这些膜具有孔隙率低和电解质润湿性差等局限性,这会对电池的性能产生负面影响。此外,微孔聚烯烃膜在高温下表现出高热收缩率,这引发了安全问题 [2-4]。*通讯作者。电子邮件:m.javaheri@merc.ac.ir
近期电动汽车销量持续飙升,导致电动汽车电池材料供应链的循环性受到严格审查。创新的回收工艺或直接回收可以降低回收成本,是从报废 (EoL) 电动汽车电池中回收资源的一种可能解决方案。通过电化学方式将锂送回阴极或电化学再锂化是一种在直接回收过程中恢复 NMC 材料 (EoL) 锂含量的可能技术。这项研究为开发一种电化学再锂化方案提供了必要的理解,该方案将恢复通过锂库存损失 (LLI) 达到 EoL 的插层阴极材料的锂损失,而不是通过其他降解机制,如活性材料损失 (LAM)、阳离子混合或相变。已经制备并表征了电化学老化的 NMC 阴极材料,以确定 EoL 材料结构降解和锂损失的程度。使用基于模型的实验过程来确定最佳电化学再锂化方案,以最大限度地缩短再锂化 EoL 材料所需的时间并最大限度地提高锂的回收量。根据方案实现快速锂嵌入、保持 EoL 材料结构均匀性和完全恢复锂含量的能力对方案进行评估。利用新颖的扫描电压步骤,在高温下确定了最佳方案。
显示出更高的比容量和更低的ICE。4,5 例如,HC中石墨烯层的无序取向会导致严重的副反应,从而导致初始循环中额外的锂损失约 30%(ICE,约 60%)。硅基负极具有 1500 – 4200 mAh g −1 的理论比容量,是下一代电池最有希望的候选材料之一。尽管如此,硅基负极相对较低的 ICE(60% – 85%)和固体电解质中间相 (SEI) 膜的持续重建也严重阻碍了它们的实际应用。6 因此,当这些负极材料与具有有限 Li + 的正极材料(例如 LiCoO 2 和 LiFePO 4 )结合时,由于不良的副反应(例如电解质分解),全电池的容量在长时间循环过程中会出现高不可逆活性锂损失,从而导致容量衰减和结构退化。因此,在循环前用化学或电化学方法向负极和正极中引入额外的锂源(即预锂化)是一种恢复全电池能量密度的有效策略。7此外,具有相对大容量的无锂正极(如硫)也可用于组装高能电池。此外,许多方法不仅可以补偿初始的不可逆容量损失(ICL),还可以恢复循环过程中的活性锂损失,提高后续循环中的电池稳定性。此外,最近发现通过预锂化可以形成坚固的SEI,从而提高硅基负极的倍率和循环性能。8目前,已经报道了各种预锂化方法(例如预锂化添加剂、直接接触法、含锂复合溶液和电化学循环)。虽然这些策略都可以实现电池中的锂补偿,但它们在实际应用中的普适性和可行性差异很大,这对大规模应用提出了巨大挑战。因此,需要进行实用评估以加速实现有效的预锂化。本文,我们根据商业电池制造过程中的不同步骤系统地总结了各种预锂化策略的发展,这些步骤大致可分为以下几步:(1)活性材料合成,(2)浆料混合过程,(3)电极预处理和(4)电池制造(图1)。此外,将从准确性、经济性、便利性、均匀性、预锂化能力和大规模生产过程中的安全性等各个方面评估这些预锂化策略的优势和挑战。本综述旨在深入了解预锂化策略未来在商业和实际应用方面的发展。同时,本综述还介绍了预锂化策略在商业和实际应用方面的发展情况。
对这些类型材料的潜在理化特性的深入了解将是成功实现其最终技术应用的关键组成部分。在电池运行过程中(在锂离子插入/脱氧反应期间)中电极中发生的结构变化的知识将是最重要的重要性,即捕获控制电池性能的相关结构 - 托管关系。特别是,组成OEM的分子和固态结构直接与影响岩性反应热力学的几种关键特性相关,例如锂离子配位环境,电子结构或反应动力学。此外,已知通过不同的机制[17]发生锂离子插入过程,从而导致电极材料的不同现象,例如相位分离和/或亚稳态相的出现。在前一种情况下,在静电期间没有出现稳定的中间阶段,因此导致了非步骤的过程。已知这种现象是针对几种无机性Lib阴极发生的,例如Li n fepo 4
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1 华盛顿大学物理系,华盛顿州西雅图 98195-1560,美国 2 太平洋西北国家实验室环境分子科学实验室,华盛顿州里奇兰 99354,美国 3 纽约州立大学宾汉姆顿大学物理系,纽约州宾汉姆顿 13850,美国 4 纽约州立大学宾汉姆顿大学材料科学与工程系,纽约州宾汉姆顿 13850,美国 5 纽约州立大学宾汉姆顿大学东北化学能存储中心,纽约州宾汉姆顿 13850,美国 6 阿贡国家实验室化学科学与工程部,伊利诺伊州莱蒙特 60439,美国 摘要 我们报告了电化学序列 ε-VOPO 4 、ε-LiVOPO 4 、 ε-Li 2 VOPO 4 和参考氧化物 V 2 O 3 、VO 2 和 V 2 O 5 。在对这些结果的分析中,我们建立了一个研究化学键的框架,该框架通常适用于广泛的系统,包括复杂的扩展无机化合物。虽然后一种方式在许多优秀的催化研究中的应用不如金属酶等,但我们表明该技术在以材料为中心的储能研究中具有很高的实用性。这里详细讨论了对局部原子结构和杂化方案的敏感性。同样,锂化对氧化、离域和配体价能级偏移的影响在分析结果中都很明显。最后,TDDFT 投影清楚地揭示了每个钒位点价带的方向依赖性。我们的结果表明,实验室 X 射线光谱仪器是获得 3d 过渡金属无机化合物的良好分辨率 VTC-XES 特征的可行途径,即使对于数量有限或对大气敏感的样品也是如此。实验结果与实空间格林函数和时间相关密度泛函理论 (TDDFT) 方法分别产生的结果非常一致。因此,我们提出,如果配备适当的理论支持,VTC-XES 可以成为 X 射线吸收前边缘特征的宝贵补充,以更详细地表征化合物的电子结构。我们预计类似的分析将在广泛的材料化学研究中得到应用,并提供基础和应用见解。(ж)evan.jahrman@nist.gov - 作者目前在马里兰州盖瑟斯堡的国家标准与技术研究所工作;(†)niri.govind@pnnl.gov;(‡)seidler@uw.edu