プレリチウム化のためのリチウム量計算方法

使用予定の化成プロトコルのもとで実際の電極を一度サイクルさせ、初回充電容量と初回放電容量を記録します。その差が不可逆容量であり、電極面積で割ると面積当たりの不可逆容量となり、通常mAh/cm²で表されます。

以降のすべてはこの数値に依存するため、最終的な電極配合、塗工量、カレンダー加工状態、意図する電解液、カットオフ電圧、レート、温度で測定しなければなりません。これらのいずれかを変更すればドーズ量も変わります。

面積当たりの不可逆容量は電荷量であり、プレリチウム化は単位面積当たりに等価な量のリチウムを供給する必要があります。電気化学的手法ではこれは電流と時間の積へ直接換算でき、この手法が基準ドーズ量の確立に便利な理由です。

化学的手法、直接接触手法、添加剤手法では、供給されるリチウムを直接測定することはできません。その場合、同じ目標ドーズ量を試薬濃度と曝露時間、接触時間と圧力、あるいは添加剤の配合量といったプロセス条件へ変換する必要があり、その変換は計算だけでなく校正によって確立されます。

測定された不可逆容量を正確に補償することが自然な目標ですが、実際のプロセスでは処理からセル組立までの間に添加したリチウムの一部が失われ、電極面積全体での分布も決して完全に均一にはなりません。

どちらの方向にもリスクがあるため、ドーズ量の範囲は最初の試行で固定するのではなく、通常は探索されます。

ドーズ量はセルの結果によってのみ検証されます。直接的な確認方法は、プレリチウム化した電極で組み立てたフルセルの初回サイクルクーロン効率を、同じ電極バッチから作った未処理の基準セルと比較することです。

計算値の周辺で複数の水準を設定し、それ以外は同一条件としたドーズ量シリーズは、単一の測定点よりも通常より多くの情報をもたらします。それは補償が完全になる点と、プロセスが過リチウム化を始める点の両方を示すためです。化成を超えたサイクル試験も必要です。初回サイクルでは理想的に見えるドーズ量でも、サイクル寿命の観点では誤っている場合があるためです。

ドーズ量に関する検討で得られる数値は、その条件とあわせて初めて意味を持ちます。それらを一貫して記録することが、2つの試行、あるいは2つの手法を比較可能にする鍵となります。