什么是預鋰化？

預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/放電反應過程中的鋰消耗。

為什么要預鋰化？

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（當然，SEI層也可能出現(xiàn)反復的生成與破壞，這樣會消耗大量的鋰源）。SEI一是鋰離子可導，電子不可導的；二是可防止溶劑分子共嵌到負極當中，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，需要我們合理設計預鋰化方案彌補這部分鋰以達到較高的能量密度。

預鋰化的好處

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.預鋰化可提前生成SEI，通過人為調控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材料結構的坍塌。（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.預鋰化后可提高鋰電池的貯存壽命。（程廣玉，預鋰化對鋰離子電池貯存壽命的影響）

預鋰化的分類

圖片來源：張策，合金型負極預鋰化技術研究進展

預鋰化可簡單分為負極預鋰化和正極預鋰化兩大類。正極側預鋰化包括：1. 在正極側活性鋰添加劑（首次充電過程正極側添加的活性鋰可遷移到負極，該方法其實是對負極側的間接預鋰化）；2. 正極過鋰化。負極側的預鋰化包括：1. 化學預鋰化；2. 電化學預鋰化；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行為仍與LiMn2O4相同，且無其他雜質的引入。

負極化學預鋰化

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

負極電化學預鋰化

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

負極富鋰添加劑

負極預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存在條件下，金屬鋰與負極物理接觸而實現(xiàn)預鋰化的一種方法。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。