【補鋰原因】

目前使用最廣泛的石墨負極的不可逆容量損失＞6%，而對于具有高比容量的硅基和錫基合金負極，不可逆容量損失甚至高達10%～20% 以上。

【補鋰技術方式】

在添加部分高容量硅基負極材料的情況下，導致電池首周庫侖效率和電池容量低。補充活性鋰是解決這一問題的有效手段，目前已報道的補充活性鋰的途徑很多，主要是負極補鋰和正極極補鋰兩大類。

負極補鋰包括金屬鋰物理混合鋰化，如在負極中添加金屬鋰粉或在極片表面輥壓金屬鋰箔；化學鋰化，使用丁基鋰等鋰化劑對負極進行化學預嵌鋰；自放電鋰化，負極與金屬鋰在電解液中接觸完成自放電鋰化；電化學預鋰化，在電池中引入金屬鋰作為第三極，負極與金屬鋰第三極組成對電極充放電完成預鋰化。

正極補鋰是向鋰離子電池的正極中添加具有高不可逆容量的含鋰化合物，根據化合物的種類不同，可以分為以Li2O、Li2O2、Li2S為代表的二元含鋰化合物，以Li6CoO4、Li5FeO4為代表的三元含鋰化合物和以Li2DHBN、Li2C2O4為代表的有機含鋰化合物。補鋰技術的應用不僅提高了鋰離子電池的容量，還可以提升含硅負極電池的循環壽命。

【補鋰分類】

（1）鋰箔式補鋰

批量化應用的卷對卷負極極片預鋰化方法，將金屬Sn 箔與金屬鋰箔卷對卷輥壓，金屬鋰在機械力作用下與Sn箔表面層發生合金化反應形成LixSn，此預鋰化Sn 箔在空氣中保持了較好的穩定性，正常環境暴露48 h 預鋰化錫箔表面輕微變色，79% 濕度空氣下暴露12 h預鋰化錫箔仍然能保持初始容量的90%。預鋰化Sn箔組裝LFP|Sn電池首周庫侖效率達到94%，可穩定循環200周。此補鋰方法同樣適用于Al箔和常規硅碳負極極片。

（2）鋰粉 補鋰

滴乳液技術是合成穩定鋰粉非常有效的方法，其原理如圖所示，使用滴乳液技術在鋰粉的表面包覆了一層穩定層，該穩定層的成分為碳酸鋰和氟化鋰，結果表明含該穩定層的鋰粉不僅可以提高鋰負極的循環壽命，且可以有效抑制鋰枝晶的形成。穩定金屬鋰粉SLMP（stabilizedlithium metalpowder）是由FMC公司生產的一款商業產品，其具有核殼結構，由97% 的鋰和3% 碳酸鋰包覆層組成。該碳酸鋰保護層均勻包覆在鋰粉的表面，可阻止鋰粉的不良副反應，使SLMP在干燥的環境中就可以使用，而不必在惰性氣氛下。SLMP具有高達3600 mA·h/g 的比容量，將其用于負極補鋰不僅可以提高鋰離子電池的容量，且可以提高其首周庫容效率和循環壽命。

（3）電化學補鋰

在現有鋰離子電化學體系中，通過引入金屬鋰與負極組成對電極，控制電化學充放電深度即可完成負極極片預鋰化。電化學預鋰化按照實施方法可以分為非原位和原位電化學預鋰化。如圖a所示常規非原位電化學預鋰化過程，先將需要預鋰化的負極極片與金屬鋰組裝半電池，經過特定充放電循環之后，負極片達到設定預鋰化水平，之后將預鋰化的負極片與新的正極極片組裝成電池。

為簡化非原位電化學鋰化方法中拆解、重新組裝電池的過程，逐步開發了原位電化學鋰化方法。如圖5b所示，原位電化學鋰化方法需要對鋰離子電池進行重新設計，在組裝過程中預先添加金屬鋰作為第三極，將負極與金屬電極作為對電極進行放電，即可實現對負極原位補鋰。首先將硬碳負極與金屬鋰電極作為對電極進行放電為硬碳負極補鋰，之后NCM正極與補鋰硬碳負極組成電化學體系進行充放電工作。

（4）正極補鋰

正極補鋰材料可以直接在正極漿料的勻漿過程中添加，無需額外的工藝改進且成本較低，因而更加適合現在的鋰離子電池制造工藝，被譽為最有前景的補鋰技術。從應用的角度來講，完美的正極補鋰材料需滿足以下4點基本要求：

①正極補鋰材料的不可逆脫鋰過程應處于正極的工作電壓范圍內，即其脫鋰電位低于正極材料的電壓上限，嵌鋰電位低于正極材料的電壓下限；

②補鋰材料應展現出足夠高的比能量和體積能量密度，通常不可逆容量大于350 mA·h/g以滿足高效的預鋰化

③；正極補鋰材料應與現在通用的制作工藝和電池體系相兼容，在極片制作時與NMP、黏結劑等不反應，在循環過程中與電解液無不良副反應，首周循環后其分解產物不影響電池循環；

④正極補鋰材料具有良好的環境穩定性，在空氣或較干燥的環境下能夠保持穩定。

注：參考文獻 ［鋰離子電池補鋰技術］

文章來源于新能源時代 ，作者湯帥falcon

編輯：黃飛