清华大学发现可扩展的锂离子电池阳极预锂化方法

盖世汽车讯 锂离子电池（LIB）是一种通过锂离子可逆还原来储存能量的可充电电池，用于为从笔记本电脑、智能手机到电动汽车等无数设备和技术提供动力。 虽然锂离子电池比其他电池技术具有多种优势，但其当前的能量密度限制了电动汽车的续航里程。

研究表明，固体电解质中间相（SEI）（电池内部阳极上形成的一层）的形成会消耗大量的锂离子。这会对初始库仑效率（第一次循环之前电池中的电子传输效率）产生不利影响，从而降低电池的能量密度。

预锂化（prelithiation）是一种有助于抵消这种影响、减少锂离子电池内部活性锂的损失，从而提高其能量密度的有效策略。该策略主要包括预处理电极，在电池首次运行循环之前向电池中添加锂。

据外媒报道，清华大学的研究人员最近推出一种新方法，可以大规模地对锂离子电池阳极进行预锂化。相关研究已发表于期刊《Nature Energy》。论文中称该预锂化策略基于转移印刷，即一种将图案印刷到中间介质上，然后将其应用到最终基材或材料上的方法。

图片来源：期刊《Nature Energy》

Cheng Yang和Huachun Ma等研究人员在论文中写道：“市场迫切需要一种具有成本效益、高质量和高工业兼容性的预锂化策略。我们开发出卷对卷电沉积和转印系统，用于连续预锂化锂离子电池阳极。通过卷对卷压延，预制阳极可以完全转印到电沉积的锂金属上。转印过程中的界面分离和粘附分别与界面剪切和压应力有关。”

研究人员通过运行一系列仿真和电化学测试来评估他们的方法。结果发现该方法显示性能非常好，因为可以提高石墨基和硅/碳基锂离子电池电极的初始库仑效率，将其提高到几乎100%。

值得注意的是，除了实现这些高初始库伦效率之外，该团队的方法还提高了阳极上创建的SEI膜的稳定性。Yang、Ma及其同事发现，当与NMC和LFP阴极（LIB中最常用的两种阴极）结合使用时，预锂化电极可以显著提高燃料电池的能量密度。

Yang、Ma及其同事在论文中写道：“通过简便的转印预锂化，石墨和硅/碳复合电极半电池的初始库仑效率分别达到了99.99%和99.05%。通过预锂化电极，全电池的初始库仑效率和能量密度显著提高。该卷对卷转移印刷为锂离子电池提供了高性能、可控、可扩展和行业适应性的预锂化。”

迄今为止，Yang、Ma及其同事提出的转移印刷策略已经取得了非常有希望的结果，这表明它最终可以实现大规模且可靠的LIB电极预锂化。未来，该方法将可以推动电动汽车的广泛普及。