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

1、一、為什么要發(fā)展預(yù)鋰化：高端動力電池放量在即1.1 為何補鋰：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)極材料的界面會形成主要成分為鋰鹽 的固態(tài)電解質(zhì)界面（Solid Electrolyte Interface，簡稱 SEI） 。形成 SEI 膜是一個不可逆的過程， 活性鋰永久損失造成電首次循環(huán)的庫倫效率（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、補鋰” ）技術(shù)路線應(yīng)運而生。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 哪些電池需要補鋰：硅基負(fù)極或有高達 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)極材料都會面臨 SEI 膜形成的問題，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、 高端動力電池尤其是以硅基作為負(fù)極的動力電池，補鋰為必然。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，而對于硅基負(fù)極：或有高達 30%的活性鋰呆 滯硅中，因此補鋰成為必然。- 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)濟的補鋰方式：正極補鋰劑鐵酸鋰，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，用于補償其因 SEI 生長引起的容量損失；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，補充首次充放電過程中的不可逆容量，主要有添加劑、 過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：添加劑操作簡便、成本較低且可以直接在正極漿料的勻 漿過程中添加，無需額外工藝改進；過嵌鋰正極材料需要額外的生產(chǎn) 步驟來制備。圖表 5：補鋰技術(shù)路線制備端對比分類 方法 原理 優(yōu)勢 劣勢 生產(chǎn)工藝電化學(xué)法將 Li 和負(fù)極材料組對成半電池，通過小電流充放電實現(xiàn)對負(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)，對其進行還原和補鋰簡單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 很薄（幾微米），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)，對其進行還原和補鋰Li 粉無需取出1.密度太輕，電極中分散不