锂离子电池预锂化方法及选择
一、预锂化的定义与作用
预锂化（Pre-lithiation）是指在锂离子电池首次充放电前，通过向电极材料中添加锂源（如金属锂、富锂化合物等），以补偿首次循环中因SEI膜形成和不可逆反应导致的锂损耗。该技术可显著提升电池的首次库仑效率（ICE）和能量密度，尤其适用于硅基负极等高容量材料体系。
二、预锂化的具体方法
1. 负极预锂化锂粉补锂
如稳定金属锂粉（SLMP），通过物理混合直接嵌入负极，补锂量精准，但需惰性环境操作。
锂箔补锂
将锂箔与负极压合，成本低但均匀性差，易引发短路。
电化学预锂化
通过外部电路向负极注入锂离子，精度高但工艺复杂。
2. 正极预锂化富锂添加剂
如Li₂NiO₂、Li₂CO₃，在正极合浆时添加，但易与空气反应，稳定性低。
化学合成法
在材料合成过程中嵌入锂源，适合规模化生产。
新型技术
电位匹配化学预锂化：通过分子设计（如1-甲基萘锂）实现“自终止”反应，精准控制补锂量。
三、如何选择合适的预锂化方法
1. 根据材料体系选择硅基负极
因首次库仑效率低（损失超15%），需高补锂量，优先选择锂粉（如SLMP）或电化学预锂化。石墨负极：损失约5%-10%，可采用正极补锂（如Li₂CO₃）或低剂量锂箔。
2. 根据工艺兼容性选择
锂粉补锂（SLMP）可直接混入负极浆料，适配现有涂布工艺。锂箔需额外压合设备，适合卷绕式电池产线。
3. 根据成本与安全性选择
锂粉成本较高但分散均匀，需惰性环境操作；锂箔成本低但易引发短路。
四、技术对比与选择建议
| 方法 | 适用场景 | 优势 | 挑战 |
|---|---|---|---|
| 负极锂粉 | 硅基/高容量负极 | 补锂量精准 | 成本高，需防潮处理 |
| 正极补锂 | 石墨/磷酸铁锂体系 | 工艺兼容性强 | 稳定性差，易氧化 |
| 电化学预锂 | 实验室/高精度需求 | 无金属锂残留 | 设备复杂，效率低 |
五、注意事项
SEI膜优化：预锂化后需通过化成工艺稳定SEI膜，避免二次锂损耗。
杂质控制：补锂材料需高纯度（如99.9%），防止金属杂质引发微短路。