Niezależnie od tego, czy ogniwo pełne, czy pół ogniwa, wydajność pierwszego ładowania i rozładowania będzie znacząco różnić się od kolejnych cykli. Parametrem opisu dla tej cechy jest pierwsza sprawność.
Omówienie pierwszej sprawności należy podzielić na półogniwa i pełne ogniwa; oraz główny program poprawy pierwszej wydajności: wstępne litowanie.

Po zakończeniu półogniwa z materiału elektrody dodatniej (materiał elektrody dodatniej jest elektrodą dodatnią, a metalowy arkusz litu jest elektrodą ujemną), najpierw przechodzi cykl ładowania-rozładowania: podczas procesu ładowania jony litu są deinterkalowane z elektrody dodatniej i wytrącony na arkuszu metalowo-litowym elektrody ujemnej. ; Podczas rozładowania metalowy arkusz litu traci elektrony, tworząc jony litu i przechodzi przez elektrolit, a następnie interkaluje do elektrody dodatniej.

Jako przykład weźmy dane z półogniwa tlenku kobaltu litu. Pierwsza pojemność ładowania półogniwa jest nieco wyższa niż pierwsza pojemność rozładowania. To znaczy, 100% jonów litu zdeinterkalowanych z elektrody dodatniej podczas ładowania nie powraca do elektrody dodatniej podczas rozładowywania. Pierwsza wydajność rozładowania/pierwszego ładowania to pierwsza sprawność tego półogniwa.

Nie tylko tlenek litowo-kobaltowy, ale inne popularne materiały katodowe, takie jak trójskładnikowy, fosforan litowo-żelazowy itp., również półogniwa mają zjawisko „pierwszej pojemności rozładowania < pierwszego ładowania”. Pierwsza sprawność trójskładnikowa jest najniższa, zwykle 85~ 88%; tlenek litowo-kobaltowy jest drugi, zwykle 94~96%; fosforan litowo-żelazowy jest nieco wyższy niż tlenek litowo-kobaltowy, 95% ~ 97%.

Więc gdzie idzie utracona pojemność podczas pierwszego ładowania i rozładowania? W przypadku półogniwa z materiału katodowego utrata pojemności jest spowodowana głównie zmianą struktury materiału po pierwszym wyładowaniu: po pierwszym wyładowaniu struktura materiału katodowego zmienia się z powodu rozdrobnienia, zmniejszając w ten sposób pozycję interkalacji litu w materiale , a jony litu nie mogą. Podczas pierwszego rozładowania wszystko jest osadzane z powrotem w elektrodzie dodatniej, co powoduje utratę pojemności.

Podobnie jak półogniwo z materiału katodowego, na półogniwo z materiału anodowego ma również wpływ pierwsza sprawność. Biorąc za przykład półogniwo z materiału grafitowego, materiał grafitowy ma wyższy potencjał deinterkalacji i wstawiania jonów litu, więc jest to elektroda dodatnia, a metalowa blacha litowa jest elektrodą ujemną. Podczas pierwszego cyklu jony litu muszą najpierw stracić elektrony z arkusza litowego (elektrody ujemnej), a następnie interkalować. Grafit (elektroda dodatnia), więc półogniwo jest najpierw rozładowywane, a następnie ładowane. Pierwsza pojemność ładowania półogniwa jest znacznie mniejsza niż pierwsza pojemność rozładowania, to znaczy, że po dojściu jonów litu do warstwy grafitu podczas procesu rozładowywania nie są one w 100% deinterkalowane z grafitu podczas późniejszego ładowania. Gdzie w tym okresie są zużywane utracone jony litu? Uważam, że znajomi z pewnymi podstawami teoretycznymi mogą pomyśleć o takim powodze: gdy półogniwo grafitowe jest rozładowywane po raz pierwszy, jony litu utworzą na powierzchni grafitu film SEI zanim zostaną zatopione w graficie, a lit jony dedykowane do folii SEI nie mogą być odzyskane podczas kolejnego ładowania. do elektrody ujemnej arkusza litowego, w wyniku czego pierwsza pojemność rozładowania półogniwa grafitowego > pierwsza pojemność ładowania. a jony litu dedykowane do folii SEI nie mogą być odzyskane podczas późniejszego ładowania. do elektrody ujemnej arkusza litowego, w wyniku czego pierwsza pojemność rozładowania półogniwa grafitowego > pierwsza pojemność ładowania. a jony litu dedykowane do folii SEI nie mogą być odzyskane podczas późniejszego ładowania. do elektrody ujemnej arkusza litowego, w wyniku czego pierwsza pojemność rozładowania półogniwa grafitowego > pierwsza pojemność ładowania.

W przypadku materiałów katodowych, takich jak tlenek litowo-kobaltowy i trójskładnikowy, głównym powodem pierwszej wydajności jest zmiana struktury materiału po pierwszej delitacji, co skutkuje niepowodzeniem 100% interkalacji jonów litu. W przypadku anod węglowych pierwsza sprawność spowodowana jest głównie powstawaniem SEI.
W przypadku obecnie powszechnie stosowanych materiałów anod grafitowych lub mezofazowych, pierwsza sprawność wynosi na ogół od 90 do 92%. W przypadku tytanianu litu, materiału, który prawie nie tworzy filmu SEI, pierwsza wydajność zostanie znacznie poprawiona, około 97%. Ponadto, w przypadku obecnie pojawiających się materiałów anody krzemowo-węglowej, ponieważ pierwsza sprawność anody krzemowo-węglowej wynosi tylko 50%, pierwsza sprawność anody krzemowo-węglowej będzie się stopniowo zmniejszać wraz ze wzrostem zawartości krzemu.

Wniosek Pierwsza sprawność półogniwa wprowadziła do ciebie tak wiele. Niezależnie od wydajności półogniwa, najbardziej zależy nam na wydajności pełnej komórki. Kiedy pozytywne i negatywne materiały o pierwszej charakterystyce sprawności zostaną połączone w pełną baterię, jakie będą one charakteryzować? Odpowiedź zostanie ujawniona w następnym artykule.