プレリチウム化とは？

固体電解質界面（SEI）は電解液の継続的な分解から負極を保護しますが、その形成にはリチウムが不可逆的に消費されます。特に高容量負極では、リチウムの捕捉や他の不可逆反応も損失に寄与します。

追加のリチウム源がなければ、初回サイクル損失を補うために余分な正極材料が必要になります。この損失の補償に使われる正極容量は可逆的なサイクルには寄与しませんが、その質量と体積はセルに残ります。そのため、実用的なエネルギー密度は活物質が本来実現し得る水準を下回ります。

初回サイクル損失に必要なリチウムを別に供給することで、正極の本来のリチウム量をサイクル用に維持できる可能性があります。供給量は実際の電極に合わせる必要があります。少なすぎれば損失が残り、多すぎれば過リチウム化や危険な表面状態につながります。

少量のリチウム予備量は容量低下を遅らせる可能性があります。しかし、数百サイクルにわたる緩やかなSEI成長を止めるものではありません。長期安定性は引き続き電極構造、バインダー、電解液の設計に左右されます。

すべての手法が組立前に負極を処理するわけではありません。SLMPと正極添加剤は電解液注入後のセル内部でリチウムを供給するため、セル外でSEIを事前形成する手法とは異なります。

HypSi™は、電気機械式プレリチウム化を産業化する70.energyのソリューションです。セル組立前に、1つの連続ロール・ツー・ロール工程でリチウム導入とSEI事前形成を行い、各工程は最短70秒からです。

セルに類似した構成で、リチウム源に対して電極をリチオ化します。通過電荷の測定はドーズ量制御の直接的な基準になりますが、処理のために組立と電極回収の工程が追加されます。

試薬溶液から化学反応によって電極へリチウムを移動させます。試薬の化学特性と、バインダー、溶媒、電極構造との適合性に応じて処理を校正する必要があります。

電解液の存在下で電極とリチウム源を接触させ、リチウムを移動させます。構成は簡単ですが、接触の均一性と目標ドーズ量で処理を止める能力を慎重に検証する必要があります。

保護殻を持つリチウム微粒子を負極に塗布します。電解液注入後に保護殻が溶解し、セル内部でリチウムが移動します。粉末の安全性と分布の均一性が重要な制約です。

真空中での物理蒸着により負極上に薄いリチウム膜を形成します。均一かつ精密なドーズ量の膜を形成できますが、真空装置と成膜直後からの不活性雰囲気下の取り扱いが必要です。

正極中のリチウム供与添加剤はフォーメーション中に追加のリチウムを放出します。工程への組み込みの容易さだけでなく、ガス発生、正極内の占有体積、残留生成物の挙動も評価する必要があります。