鋰離子電池的首次充放電階段,在負極材料的界面會形成主要成分為鋰鹽的固態電解質界面(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鋰化(也就是“補鋰”)技術路線應運而生。
絕大部分鋰離子電池都面臨 SEI 膜形成的問題,但程度不同。鋰電池負極材料種類主要包括三類:嵌入脫出負極材料如商用石墨等、轉化型負極材料、合金負極材料;而這三類負極材料都會面臨 SEI 膜形成的問題,活性鋰損失導致 ICE 下降。目前商用石墨為主流負極材料,但其比容量已接近極限。根據水桶的短板效應,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,重點轉向了負極材料;目前石墨負極比容量已接近極限,比容量為石墨 10 倍的硅材料被認為是理想替代品。
預補鋰技術主要分為兩種:正極預鋰化和負極預鋰化。負極預鋰化即在負極中引入活性鋰,用于補償其因 SEI 生長引起的容量損失;主要有化學法、電化學法等預鋰化技術路線。正極預鋰化是在正極預先加入活性鋰可以向負極釋放鋰離子,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。
