什么是預(yù)鋰化？

預(yù)鋰化就是在電池正式充/放電循環(huán)之前在電極材料中添加少許鋰源，用來彌補電池充/放電反應(yīng)過程中的鋰消耗。

為什么要預(yù)鋰化？

鋰電池在首次充放電過程中，負極表面會形成固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI），SEI的形成會消耗來自正極材料中的鋰，且該過程是不可逆的（當(dāng)然，SEI層也可能出現(xiàn)反復(fù)的生成與破壞，這樣會消耗大量的鋰源）。SEI一是鋰離子可導(dǎo)，電子不可導(dǎo)的；二是可防止溶劑分子共嵌到負極當(dāng)中，防止溶劑分子對負極材料的破壞。以上是SEI帶來的好處，但同時，SEI消耗的鋰源降低了電池的首次循環(huán)的庫倫效率，需要我們合理設(shè)計預(yù)鋰化方案彌補這部分鋰以達到較高的能量密度。

預(yù)鋰化的好處

1.彌補了SEI消耗的鋰源，電池首效將會提高，電池使用過程中的能量密度將會提高。

2.預(yù)鋰化可提前生成SEI，通過人為調(diào)控SEI，可減少電解液的消耗。

3.對于Si負極，其在循環(huán)過程中體積變化劇烈，預(yù)鋰化能夠讓電極提前發(fā)生體積膨脹，避免后續(xù)循環(huán)過程中Si材料結(jié)構(gòu)的坍塌。（Domi Y, Effect of mechanical pre-lithiation on electrochemical performance of silicon negative electrode for lithium ion batteries, Journal of The Electrochemical, 2017）

4.預(yù)鋰化后可降低電池內(nèi)阻。（Marinaro M, Toward pre-lithiatied high areal capacity silicon anodes for Lithium-ion batteries. Electrochimica Acta, 2016）

5.預(yù)鋰化后可提高鋰電池的貯存壽命。（程廣玉，預(yù)鋰化對鋰離子電池貯存壽命的影響）

預(yù)鋰化的分類

圖片來源：張策，合金型負極預(yù)鋰化技術(shù)研究進展

預(yù)鋰化可簡單分為負極預(yù)鋰化和正極預(yù)鋰化兩大類。正極側(cè)預(yù)鋰化包括：1. 在正極側(cè)活性鋰添加劑（首次充電過程正極側(cè)添加的活性鋰可遷移到負極，該方法其實是對負極側(cè)的間接預(yù)鋰化）；2. 正極過鋰化。負極側(cè)的預(yù)鋰化包括：1. 化學(xué)預(yù)鋰化；2. 電化學(xué)預(yù)鋰化；3. 負極富鋰添加劑；4. 接觸金屬鋰。

正極富鋰添加劑

正極富鋰添加劑可在充電時釋放活性鋰，但是該過程不可逆。目前研究報道的正極富鋰添加劑包括：Li2O、Li2O2、Li2S、Li3N、Li2CO3等。

正極過鋰化

正極過鋰化最早由Tarascon提出，使用LiI的乙腈溶液將LiMn2O4鋰化為Li1+xMn2O4，在首次充放電后，過鋰化材料的電化學(xué)行為仍與LiMn2O4相同，且無其他雜質(zhì)的引入。

負極化學(xué)預(yù)鋰化

負極的化學(xué)預(yù)鋰化利用具有強還原能力的含鋰試劑，通過氧化還原反應(yīng)將自身活性鋰轉(zhuǎn)移至負極材料中以實現(xiàn)預(yù)鋰化。

負極電化學(xué)預(yù)鋰化

電化學(xué)預(yù)鋰化是在電解液存在的情況下，金屬鋰與負極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的過程。該方法可通過電極與鋰金屬之間電壓差監(jiān)測電極預(yù)鋰化程度。

負極富鋰添加劑

負極預(yù)鋰化添加劑包括兩大類，一類是鈍化鋰粉，另一類是鋰合金化合物。其中，鈍化鋰粉是鋰粉表面有一層鈍化膜。

負極接觸金屬鋰

接觸金屬鋰是指在電解質(zhì)存在條件下，金屬鋰與負極物理接觸而實現(xiàn)預(yù)鋰化的一種方法。其原理是金屬鋰與負極材料之間存在電勢差，金屬鋰中的電子在電場作用下遷移至負極材料，鋰離子從金屬鋰中脫出遷移至負極以達到電荷平衡。