【新嘉拓】技术帮 ┃ Li-ion全电池首次效率，你真懂了吗？——深入解读首次效率（二）

引言

在上文半电池篇中，小编向大家介绍了正负极材料半电池产生首次效率的原因。其实说到底，首次效率属于容量损失的一种，当同时拥有首次效率的正负极材料组成了全电池，其首次效率又会是什么样子呢？首次效率对全电池的影响有多少？又是否有提升的方法？这些就是本文要介绍的内容。

谈全电池首次效率，先要从其测试方法说起。电池注液后，需要经过化成和分容这两个有充放电的工序，一般而言，化成以及分容第一步都是充电过程，二者容量加和，就是全电池首次充入容量；分容工步的第二步一般是从满电状态放电至空电，因此此步容量为全电池的放电容量。将二者结合起来，就得到了全电池首次效率的算法：

全电池首次效率=分容第二步放电容量/（化成充入容量+分容第一步充入容量）

下面列出了一款全电池的首次充放电曲线：

了解完测试方法后，我们再来看看全电池首次效率是由什么决定的。为了弄清这个问题，我们首先来假设一款这样的全电池：电池正极使用了首次效率为88%的三元材料，而负极使用了首次效率为92%的石墨材料。对这款全电池而言，首次效率会是多少呢？

为了更形象的向大家解释这个问题，我们借用下面的图画来进行说明：

经过上面流程我们发现，原本100个正极活性锂离子在经历首次充放电之后，只有88个可以继续循环使用。损失掉12个锂离子的原因，分别为负极首效损失了8个，以及正极首效造成嵌锂空间不够、4个锂离子留在负极无法回到正极。

结论现在就显而易见了：当正极首效为88%、负极首效为92%时，全电池的首效为88%，与较低的正极相等。而当负极首效更低时，例如钴酸锂正极对石墨负极，全电池首效又与首效更低的负极相等，由于画QQ笑脸太占篇幅，小编就不列出具体的过程了。

知识窗口

全电池的首次效率与正负极材料首次效率较低者相等。

对全电池而言，首次效率的形成因素还与首次充放电的副反应以及首次充放电的电压范围不同（充电0V起，放电则2.5~3.0V终结）有关。但这些因素并不会对上面的结论造成明显影响。

在上一篇中，小编向大家介绍了不同种类材料的首次效率数值，那么除了材料种类的影响外，还有哪些因素会影响全电池的首次效率呢？

首先是石墨负极比表面积的影响，当石墨负极比表面积更大时，形成SEI膜的面积也就会越大，从而会消耗更多的锂离子，并降低全电池首次效率（前提为负极首次效率比正极低）。下面是钴酸锂-石墨全电池首次效率随石墨比表面积的变化图：另外一个首次效率的影响因素为化成充电制度。当化成形成的SEI膜更薄且更致密时，就可以降低这一过程对锂离子的消耗，并提升首次效率。为了保证SEI膜的形成效果，化成充入容量是一个重要的考量因素，下面是不同化成充入容量时的首次效率对比图（数据结果也会受材料体系、化成工艺的影响，并非绝对）：除此之外，过大的负极过量就需要形成更多的SEI膜，因此也会在一定程度上降低首次效率。电解液中加入PC溶剂，虽然会加宽锂离子电池的工作温度窗口，但是如果没有对应的成膜添加对来对负极进行保护，就容易造成PC对石墨负极的剥离，并降低全电池的首次效率。

接下来对本文进行一个总结吧，首先小编向大家介绍了全电池首次效率的计算方法，为分容放电容量/（化成充入容量+分容第一步充入容量）。另外我们知道了全电池首效的决定因素：全电池首效等于正负极首效的更低者。最后介绍了几种全电池首效的影响因素。

结语

为了提升产品容量，我们一定是希望全电池首效越高越好，那么是否可以靠上面文章所提到的几种首次效率影响因素，就显著提高全电池的首次效率呢？答案是否定的，上面的几项改善措施，要么效果微乎其微，要么就是会造成其它负面影响，总之都不是提高首次效率的有效方法。

那切实可行的提高首次效率的方法是什么呢？答案就在本系列的终篇——预锂化篇。大家一起期待吧~~