周丽敏教授、张凯教授、陈明哲教授，JMCA综述：迈向商业化的锂离子电池预锂化技术的总结和趋势前瞻

第一作者：董波，李梦琳，杨诚

通讯作者：周丽敏*，张凯*，陈明哲*

单位：南京理工大学，南开大学

锂离子电池（LIBs）需要具有更高的能量密度和更长循环寿命以满足电动汽车电池领域日益增长的需求。然而，LIBs在初始循环中会发生显著的不可逆容量损失，这主要源于锂在电极与电解质界面的损耗，即固体电解质界面（SEI）和正极电解质界面（CEI）。此外，在后续循环过程中也存在持续的少量锂离子损耗，极大地影响了电池循环寿命，甚至造成跳水。预锂化技术的出现可以有效补偿LIBs的活性锂损失（ALL），有效地提高循环寿命和能量密度，同时与当前的LIBs的生产线兼容。本综述深入探讨了负极、正极和电解液预锂化策略的最新进展，阐述了基本原理，分析了每种方法在效率、成本等方面的优缺点。此外，评估了不同预锂化技术的商业可行性，并指出了该领域未来的研究方向，对电池行业中预锂化技术的发展具有指导意义。

基于此，来自南京理工大学的周丽敏教授、陈明哲教授与南开大学的张凯研究员合作，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Prelithiation of lithium-ion batteries towards commercialization: concepts, challenges, and application prospects”的综述文章。该综述分析了当前不同预锂化策略的原理及优缺点，并评估了不同预锂化策略的商业化潜力，预测了未来研究的重点方向。

图1. (a) 首次充放电过程中预锂化工作原理示意图，(b) 关于LIBs和预锂化研究发表论文数量的对比，(c) LIBs预锂化对能量密度和循环寿命的需求平衡

本综述从负极，正极，电解液三个部分对近年来典型的预锂化技术进行了阐述，从原理，成本，对电池性能的提升程度等多方面进行了综合分析。对于负极部分，从物理，化学，电化学三种方法切入对相关预锂化技术进行详细分析，对正极部分的研究则大多集中于正极预锂化添加剂。此外，在正负极预锂化技术的基础上，整合了新兴电解液预锂化的策略，对预锂化体系做出更全面的介绍。

图2. 不同时期典型的预锂化技术

要点二：预锂化策略商业化分析

本综述在综合分析当前的预锂化技术的基础上，从工业兼容性，操作复杂性，生产成本，预锂化效率等方面对不同预锂化技术的商业化潜力进行分析。目前正极预锂化添加剂成本低，在电池组装之前与正极材料结合，避免了电池二次组装的问题，操作简单，具有很大的商业化潜力。此外，常规的锂粉、锂箔预锂化效率高，且与卷对卷工艺兼容性好，同样具备较大的商业化潜力。

要点三：预测未来预锂化研究方向

预锂化试剂添加量的不同会影响电池的能量密度和循环寿命，未来需确定不同预锂化策略的最佳比例，使电池的能量密度和循环寿命达到最佳平衡。此外，当前研究大多集中在对电极和预锂化剂本身进行表征测试，忽略了副产物残留对电池循环性能的影响，未来应对预锂化后副产物进行表征分析，并进行后续处理。最后，预锂化策略的提出必须考虑成本，工业兼容，操作难度等，使其商业化潜力最大化。

图3. 预锂化技术及未来研究方向

Prelithiation of lithium-ion batteries towards commercialization: concepts, challenges, and application prospects

周丽敏教授简介：南京理工大学能源与动力工程学院教授，韩国高丽学者、江苏特聘教授。分别于2015年和2019年获南开大学和武汉理工大学硕博学位。后赴韩国高丽大学以KRF学者身份从事研究工作，2022年以青年教授身份入职南京理工大学。研究方向为新能源材料与器件领域电池关键材料，包括锂/钠离子电池和无负极电池。荣获江苏特聘教授、韩国高丽学者，江苏省低碳技术学会“拔尖青年科学家”、南京理工大学紫金青年学者称号等。担任中国颗粒学会青年理事、江苏省颗粒学会能源颗粒专委会秘书长，eScience期刊青年编委及Processes期刊客座编辑等。