Progress and challenges of prelithiation technology for lithium‐ion battery

Zhenyu Huang，Zhe Deng， Yun Zhong，Mingkang Xu，Sida Li，Xueting Liu，Yu Zhou， Kai Huang，Yue Shen，Yunhui Huang*

Carbon Energy.

DOI：10.1002/cey2.256

为了减少使用化石燃料对全球气候带来的影响，风能，太阳能等可再生清洁能源以及电动汽车迎来它们的快速发展，新能源的发展在很大程度上取决于可充电电池技术的进步。目前，锂离子电池（LIBs）是最常用的可充电电池，提高LIBs的能量密度和循环寿命对于进一步发展新能源产业和保护全球环境具有重要意义。在锂离子电池的化成过程中，约6%~15%从正极脱出的锂离子将被不可逆地消耗，导致锂离子电池的初始可用容量显著下降，这一现象在硅、硅碳等新型高比能体系中尤为显著。此外，在电池工作过程中，由于SEI的生长和死锂的生成，越来越多的锂离子失去活性，活性锂离子的损耗进一步导致电池性能的下降。为了提升电池性能，延长电池寿命，研究人员开发了各种补锂的技术，通过向电池内引入额外的活性锂离子补偿部分锂的损失。如今，补锂技术被广泛认为是一条极有希望的用于提高LIBs性能的产业化路线。

近日，华中科技大学黄云辉教授团队调研并总结了用于锂离子电池领域的预锂化技术的研究进展与挑战，文章以“Progress and challenges of prelithiation technology for lithium‐ion battery”为题目发表在Carbon Energy上。

文章首先从理论出发，通过正负极的电位-容量曲线的相对位置描述了预锂化技术对LIBs电化学性能的影响，指出预锂化技术能够有效提升全电池电压，提升电池的深度放电稳定性，以及提升电池的循环寿命的优点。进而，根据LIBs生产过程中包含的材料制备，电极加工和电池组装这三个阶段，对现有的先进预锂化技术进行了分类和详细介绍。同时，对比了不同的预锂化技术在成本，锂化效率，产业化可行性和与现有产线的兼容性等方面的优缺点。

此外，由于预锂化后的锂离子电池具有与传统锂离子电池显著不同的电化学行为，因此，本文还进一步分析了预锂化技术在LIBs的设计，生产，使用和回收等方面带来的挑战，例如残留锂化试剂/添加剂引起的寄生反应，热失控风险增大和电池管理难度上升等，并讨论了相应的解决方案。最后，本文对预锂化技术未来的发展趋势和在后锂离子电池（锂硫电池，锂氧电池，固态锂金属电池，钠离子电池）领域的应用前景进行了展望。 

根据预锂化方法在电池生产过程中的植入阶段进行的分类