預(yù)鋰化正極易于負(fù)極鐵酸鋰目前為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)選擇

1、一、為什么要發(fā)展預(yù)鋰化：高端動(dòng)力電池放量在即1.1 為何補(bǔ)鋰：鋰電池首次充放電活性鋰損失導(dǎo)致 ICE 下降? 鋰離子電池的首次充放電階段，在負(fù)極材料的界面會(huì)形成主要成分為鋰鹽 的固態(tài)電解質(zhì)界面（Solid Electrolyte Interface，簡(jiǎn)稱 SEI） 。形成 SEI 膜是一個(gè)不可逆的過(guò)程， 活性鋰永久損失造成電首次循環(huán)的庫(kù)倫效率（ICE）降低。因此，在鋰離子電池工作之前，向電芯中摻入犧牲性添加 劑等預(yù)鋰化（也就是“

2、補(bǔ)鋰” ）技術(shù)路線應(yīng)運(yùn)而生。圖表 1：鋰離子電池負(fù)極預(yù)鋰化作用示意圖Pre-Lithiation Strategies for Rechargeable Energy Storage Technologies: Concepts, Promises and Challenges1.2 哪些電池需要補(bǔ)鋰：硅基負(fù)極或有高達(dá) 30% 不可逆鋰損耗? 絕大部分鋰離子電池都面臨 SEI 膜形成的問(wèn)題，但程度不同。鋰電池負(fù)極 材料

3、種類主要包括三類：嵌入脫出負(fù)極材料如商用石墨等、轉(zhuǎn)化型負(fù)極材 料、合金負(fù)極材料；而這三類負(fù)極材料都會(huì)面臨 SEI 膜形成的問(wèn)題，活性 鋰損失導(dǎo)致 ICE 下降。? 目前商用石墨為主流負(fù)極材料，但其比容量已接近極限。根據(jù)水桶的 短板效應(yīng)，過(guò)去提升鋰電池能量密度的研究方向主要在于正極材料， 但正極材料尤其是高鎳三元能量密度大幅提升后，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了負(fù)極材 料；目前石墨負(fù)極比容量已接近極限，比容量為石墨 10 倍的硅材料被認(rèn)為是理想替代品。?

4、 高端動(dòng)力電池尤其是以硅基作為負(fù)極的動(dòng)力電池，補(bǔ)鋰為必然。高能 量密度的高鎳三元正極配硅碳負(fù)極的高端動(dòng)力電池電池放量在即，但 根據(jù)化學(xué)試劑定制合成網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)于石墨負(fù)極：或有 7-20%的活性鋰 被囚禁在石墨負(fù)極表面，而對(duì)于硅基負(fù)極：或有高達(dá) 30%的活性鋰呆 滯硅中，因此補(bǔ)鋰成為必然。- 5 -圖表 4：預(yù)鋰化需要考慮的因素二、什么是可工業(yè)化且最經(jīng)濟(jì)的補(bǔ)鋰方式：正極補(bǔ)鋰劑鐵酸鋰，負(fù)極 需觀察成本變化2.1 制備端：正極預(yù)鋰化在制備端較負(fù)

5、極預(yù)鋰化更容易? 預(yù)補(bǔ)鋰技術(shù)主要分為兩種：正極預(yù)鋰化和負(fù)極預(yù)鋰化。負(fù)極預(yù)鋰化即在負(fù) 極中引入活性鋰，用于補(bǔ)償其因 SEI 生長(zhǎng)引起的容量損失；主要有化學(xué)法、 電化學(xué)法等預(yù)鋰化技術(shù)路線。正極預(yù)鋰化是在正極預(yù)先加入活性鋰可以向 負(fù)極釋放鋰離子，補(bǔ)充首次充放電過(guò)程中的不可逆容量，主要有添加劑、 過(guò)度鋰化正極材料等方法。? 生產(chǎn)工藝的差別：正極制備較負(fù)極更易? 負(fù)極預(yù)鋰化：與 Li 直接接觸與現(xiàn)有的電池產(chǎn)線不兼容且改造成本較高； 添加劑部

6、分活性鋰化試劑能夠在潮濕環(huán)境下使用，與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝高 度兼容；電化學(xué)法負(fù)極預(yù)鋰化后需要頻繁電池拆卸、重新組裝，工業(yè) 化生產(chǎn)較難。? 正極預(yù)鋰化：添加劑操作簡(jiǎn)便、成本較低且可以直接在正極漿料的勻 漿過(guò)程中添加，無(wú)需額外工藝改進(jìn)；過(guò)嵌鋰正極材料需要額外的生產(chǎn) 步驟來(lái)制備。圖表 5：補(bǔ)鋰技術(shù)路線制備端對(duì)比分類 方法 原理 優(yōu)勢(shì) 劣勢(shì) 生產(chǎn)工藝電化學(xué)法將 Li 和負(fù)極材料組對(duì)成半電池，通過(guò)小電流充放電實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)極材料的嵌鋰鋰化程度可 控1

7、.電池需要再組裝 2.電解液溶劑的揮發(fā) 3.Li 箔高反應(yīng)活性繁瑣的電池拆卸、重 新組裝鋰箔金屬 Li 與負(fù)極材料直接接觸，發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行還原和補(bǔ)鋰簡(jiǎn)單1.鋰化不易控制 2.電池組裝前需要移除鋰箔 3.預(yù)鋰 化所需鋰量很少，要求鋰箔 很?。◣孜⒚祝?，與負(fù)極材 料結(jié)合易破與現(xiàn)有的電池產(chǎn)線不 兼容穩(wěn)態(tài)鋰粉金屬 Li 與負(fù)極材料直接接觸，發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行還原和補(bǔ)鋰Li 粉無(wú)需取出1.密度太輕，電極中分散不