ACS Nano综述：预锂化：促进下一代锂离子电池实用化的关键策略

Nanoyu

2021-02-13

随着市场对高能量密度电池的迫切需求，具有高比容量的合金型或转换型负极越来越受到人们的重视，以取代目前低比容量的石墨基负极。然而，与石墨基负极相比，合金型和转换型负极具有较大的初始不可逆容量，后者消耗了相应正极中的大部分Li⁺，严重降低了全电池的能量密度。因此，对于这些大容量负极的实际应用而言，迫切需要开发一种商业化的预锂化技术来补偿其较大的初始不可逆容量。目前，人们已经开发了多种预锂化方法，但由于各自的缺点，尚未实现大规模的商业化应用。

有鉴于此，哈工大王殿龙教授，王博副教授系统地总结和分析了各种预锂化方法的优点和不足，为其的进一步商业化发展提供了指导，从而促进高比容量负极在下一代高能量密度锂离子电池中的实际应用。

文章要点

1）由于SEI膜的形成和不可逆的锂捕获，具有高比容量的合金型和转换型负极通常存在初始库仑效率低的问题。对于锂离子电池来说，电解质和负极之间的SEI对其稳定循环性能起着至关重要的作用。本质上，SEI是电绝缘的，但具有离子导电性，这避免了负极和电解质之间的直接接触，并防止了电解质的过度分解。然而，在负极表面形成SEI需要从正极消耗活性锂，导致首次循环时电池具有较高的不可逆容量。此外，由于锂化过程中体积变化较大，合金型和转换型负极表面的SEI膜不断膨胀和破裂，形成更为严重的SEI膜，因此其初始库仑效率一般低于石墨基阳极。

2）添加额外的活性锂（称为预锂离子）是补偿负极初始不可逆容量的最有效策略。锂可以直接添加到负极，也可以从正极间接添加到负极，主要包括：i）负极的直接预锂化，即向负极添加预锂化试剂（稳定的锂金属粉末和锂合金化合物）；ii）正极的预锂化以间接向负极补充活性锂（向正极添加预锂化试剂和过锂正极材料）。

3）作者总结了预锂化对循环性能的影响。一般来说，在大多数情况下，预锂化还可以提高锂离子电池的循环性能。一方面，预锂化可以增加锂离子电池在循环过程中的活性锂含量，从而获得更高的比容量。另一方面，一些预锂化策略（如电化学预锂化）有利于提前调节负极表面SEI膜的形成，这对最终获得锂离子电池的循环稳定性至关重要。

参考文献

Fei Wang, et al, Prelithiation: A Crucial Strategy for Boosting the Practical Application of Next-Generation Lithium Ion Battery, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c10664

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c10664