锂离子电池预锂化及补充策略在性能与寿命中面临的挑战
锂离子电池 (LIB) 已成为广泛应用中的首选储能解决方案，包括便携式电子产品、电动汽车 (EV) 和电网规模储能。
然而，它们在性能和寿命方面面临着重大挑战，例如有限的能量密度和寿命，因此，需要制定可以提高 LIB 性能和寿命的策略。
一种提高锂离子电池性能的有前途的方法是通过预锂化和补充，预锂化涉及在电池组装之前将锂引入阳极，而补充涉及在运行期间向阳极添加锂，这两种策略都已被证明可以提高 LIB 的性能，但仍需要大量研究来优化这些方法。
预锂化涉及在电池组装之前将锂引入阳极，这种方法已被证明可以提高 LIB 的初始容量和循环稳定性，特别是对于硅和锡等高容量负极材料。
一种常见的预锂化方法是使用锂箔将锂沉积到阳极材料上，这种方法对于小规模生产可能是有效的，但很难扩大规模，并且由于锂的反应性可能很危险，因此，已经开发出替代方法，例如使用锂盐或前体。
一种此类方法是使用锂双（三甲基甲硅烷基）氨基化物 (LiN(SiMe3)2) 作为预嵌锂剂，组装前可将LiN(SiMe3)2加入正极材料中，与正极材料反应析出锂，这种方法已被证明可以提高硅基负极的初始容量和循环稳定性。
另一种预锂化方法是使用磷酸铁锂 (LiFePO4) 作为预锂化剂。LiFePO4可以在组装前添加到正极材料中，与正极材料反应沉积锂。这种方法已被证明可以提高硅基阳极的循环稳定性。
虽然预锂化可以提高锂离子电池的性能，但它也有一些局限性。一个重大挑战是预锂化会导致锂枝晶的形成，这会导致短路并缩短电池的使用寿命。因此，必须仔细控制预锂化过程中引入的锂量，以避免形成枝晶。
补充涉及在操作期间向阳极添加锂。这种方法已被证明可以提高 LIB 的循环稳定性和寿命，特别是对于硅和锡等高容量阳极材料。
一种常见的补充方法是使用锂盐，例如双（三氟甲磺酰基）亚胺锂 (LiTFSI) 作为电解液添加剂。LiTFSI可在循环过程中与正极材料发生反应析出锂，提高电池的循环稳定性。
另一种补充途径是采用锂源固态电解质，如磷酸铝钛锂（Li7La3Zr2O12）作为电解质材料。这种方法可以提高 LIB 的循环稳定性和寿命，特别是对于高容量负极材料。
近年来，锂离子电池的预锂化和补充策略的开发取得了重大进展。一种有前途的方法是使用人工智能优化预锂化和补充策略。
机器学习算法已经开发出来，可以根据电池组件的组成和加工参数来预测锂离子电池的性能。这种方法已被证明可以提高电池性能预测的准确性，并可用于优化预锂化和补充策略。
另一个最近的发展是使用先进的表征技术来研究预锂化和补充阳极材料的行为。例如，原位透射电子显微镜 (TEM) 已用于研究锂枝晶在循环过程中的形成和行为。这种方法提供了对枝晶形成机制的宝贵见解，可用于制定防止枝晶生长的策略。
此外，研究人员还探索了使用碳纳米管等替代阳极材料进行预锂化和补充。碳纳米管已被证明具有高储锂能力，可用作锂沉积的模板。这种方法可以提高 LIB 的循环稳定性和寿命，并且可以与其他预锂化和补充策略结合使用。
尽管在预锂化和补充策略的开发方面取得了重大进展，但仍有许多挑战需要解决，一项重大挑战是针对大规模生产优化这些策略，许多当前的预锂化和补充方法难以扩大规模，并且与现有制造工艺不兼容。
另一个挑战是制定防止锂枝晶在预锂化和补充过程中形成的策略。虽然在理解枝晶形成机制方面取得了重大进展，但还需要更多的研究来制定有效的策略来防止枝晶生长。
此外，可以进一步开发使用先进的表征技术和人工智能算法来优化预锂化和补充策略。这些方法可用于预测 LIB 的性能并确定每个电池组件的最佳工艺参数。
最后，可以进一步探索开发用于预锂化和补充的替代正极材料。虽然硅和锡具有高储锂容量，但它们在枝晶形成和循环稳定性方面也面临着重大挑战。替代阳极材料，例如碳纳米管，可以为预锂化和补充提供更有效的解决方案。
预锂化和补充是提高锂离子电池性能和寿命的有前途的策略。预锂化可以提高锂离子电池的初始容量和循环稳定性，而补锂可以提高锂离子电池的循环稳定性和寿命。
尽管在制定这些策略方面取得了重大进展，但仍需要解决许多挑战，以优化这些方法以进行大规模生产。
该领域未来的研究应侧重于制定有效的策略来防止枝晶形成，使用先进的表征技术和人工智能算法优化工艺参数，并探索用于预锂化和补充的替代阳极材料。
