負極補鋰工藝是，通過補鋰設備直接向負極極片噴涂金屬鋰粉的方式進行補鋰，補充負極在首次充電過程中不可逆的容量損失，以此達到提升首次庫倫效率、電池容量的目的。

“國內某知名大型動力電池企業的負極補鋰工藝已經成熟應用，隨著該條產線電池的市場起量，其他電池企業將更加重視及跟進，預計今年年底或明年年初會是負極補鋰設備及補鋰工藝邁向產業化的重要時期。”一位業內人士透露。

何謂負極補鋰工藝？目前研究相較成熟的方法是，通過補鋰設備直接向負極極片噴涂金屬鋰粉的方式進行補鋰，補充負極在首次充電過程中不可逆的容量損失，以此達到提升首次庫倫效率(可提升能量密度)、提高電池容量(可提升續航里程)的目的。

尤其是對于采用硅碳材料作為負極的高能量密度鋰離子電池，由于其首次庫倫效率較低(硅碳負極首效在80%左右，石墨負極首效達90%以上)，補鋰工藝的應用推廣顯得更為重要。

同時，鋰源的補充還可以除去電解液的水分，抑制HF酸的產生，改變電極材料的電極電位，使得正極在較適合的工作電位下工作，從而保護正極材料的結構不受破壞，進一步提高電池的循環使用壽命。

佳的自動化總經理溫在東向高工鋰電表示，目前已經有幾家動力電池客戶與公司在談自動補鋰設備方案，由于各家工藝有所出入因此需要做不同程度的調整，目前正處于樣機制作階段。成熟的設備方案必然要與客戶聯合開發。

除了佳的自動化之外，目前包括先導智能、新嘉拓等領先裝備企業都有涉足補鋰設備的研發生產。可以預見的是，隨著硅碳動力電池市場起量，必將進一步帶動補鋰設備的市場需求。

難以繞開的補鋰設備

按照國內在2020年實現動力電池能量密度達到300Wh/kg的目標，對于負極材料而言，采用傳統的石墨幾乎是不可能完成的任務，因此硅碳材料應用是必然出路。

從多方信源獲悉，從2017年下半年開始，采用硅碳負極的鋰電池有少量推向高端數碼市場，動力電池企業也正在抓緊研發當中，快者處于中試水平。目前主流負極材料企業正抓緊擴張硅碳材料產能，2018年硅碳材料用量將達2000-3000噸，同比增長一倍左右。

一位材料企業內部人士表示，純硅在完全嵌鋰狀態下，比容量可達4200mAh/g(Li4.4Si)，但也伴隨著高達300%的體積膨脹，這會導致純硅材料在嵌鋰過程中會發生顆粒破碎和分化，負極掉料，導致材料循環過程中容量衰降十分嚴重。

“即使采用硅的氧化物(SiOX)作為負極材料，由于SiOX首次嵌鋰的過程中會生成金屬鋰氧化物LiXO，經過諸多技術改進，首次效率也僅能達到80%左右。因此需要借助補鋰工藝，補充首次嵌鋰過程中不可逆的容量損失。”上述人士強調，三元電池應用硅碳負極是趨勢，而硅碳首效損失較大，因此補鋰工藝很難繞過去。

溫在東也證實，補鋰工藝對硅碳負極的效果最大，通過形成SEI膜消耗的活性鋰給補回來，從而提升一定的能量密度。由于各家工藝不同，能量密度能提高20%-25%左右。”

“由于各家工藝不同，對于補鋰要求的厚度也不盡相同，這主要跟材料體系和涂布厚度有關，如何精準控制鋰源補給量尤為重要。另外，設備企業還要根據各家極片面密度變化、均勻度以及來料的幅寬進行調整，同時還要保證與生產線速度高度一致。這對于設備企業而言都是極大的挑戰。”溫在東強調。

值得一提的是，由于石墨負極的首效已較高，補鋰工藝對于其提升能量密度效果不大，但是對于循環壽命的提升效果仍是極佳。部分企業在考慮到未來動力電池的梯次利用，也在考慮補鋰工藝的應用。

在爭議中前行

對于補鋰工藝的產業化應用，硬幣的一面是可促成電池能量密度、續航里程、循環壽命的提高，而另一面則是安全性較難保證，材料及設備改造成本較高。因此補鋰工藝在應用推廣過程中也存在諸多質疑。

據了解，作為補鋰原料，金屬鋰是高反應活性的堿金屬，能夠與水劇烈反應，因此金屬鋰對環境的要求十分高，這就使得負極補鋰工藝的應用需要對生產線進行改造，采購費用較高的補鋰設備，同時為了保證補鋰效果，有可能需要對現有的生產工藝進行調整。

一位不愿具姓名業內人士透露，硅碳電池用補鋰方式確實是不錯，但是怎么補，怎么控制一致性，怎么防止膨脹，這都是亟待解決的問題。

部分從業者也向高工鋰電表示，補鋰工藝最大的瓶頸是對環境要求特別苛刻，金屬鋰粉是很危險的物品，用不好會著火和爆炸，沒有足夠研發能力的企業不一定敢去做這個東西。

“從補鋰方式說，撒鋰粉，由于鋰粉比表面積大，容易飄，有被人體吸入風險，不安全；鋰帶，壓不了那么薄，會導致補鋰過量，長期使用存在安全隱患；電化學補鋰，效率又太低。”上述人士表示。

不過根據ATL此前申請的“一種向鋰離子電池負極片補充鋰粉的裝置”專利來看，已經可以實現改變收放卷機構的牽引速度和電場強度的控制，可以使負極片分散的鋰粉的量得到精確控制，克服金屬鋰粉在空氣中的漂浮，使鋰粉準確、定量、均勻地分散在負極片表面，而且不會擠壓鋰粉，從而實現對負極片的補鋰操作。

ATL表示，整個制備過程工序簡單、成本低，尤其當采用可編程邏輯控制器時，還能實現自動化生產，使該方法適合于量產，提升生產效率，降低生產成本。