锂離子電池預锂化及補充政策在性能與壽命中面臨的挑戰
锂離子電池 (LIB) 已成為廣泛應用中的首選儲能解決方案，包括便攜式電子産品、電動汽車 (EV) 和電網規模儲能。
然而，它們在性能和壽命方面面臨着重大挑戰，例如有限的能量密度和壽命，是以，需要制定可以提高 LIB 性能和壽命的政策。
一種提高锂離子電池性能的有前途的方法是通過預锂化和補充，預锂化涉及在電池組裝之前将锂引入陽極，而補充涉及在運作期間向陽極添加锂，這兩種政策都已被證明可以提高 LIB 的性能，但仍需要大量研究來優化這些方法。
預锂化涉及在電池組裝之前将锂引入陽極，這種方法已被證明可以提高 LIB 的初始容量和循環穩定性，特别是對于矽和錫等高容量負極材料。
一種常見的預锂化方法是使用锂箔将锂沉積到陽極材料上，這種方法對于小規模生産可能是有效的，但很難擴大規模，并且由于锂的反應性可能很危險，是以，已經開發出替代方法，例如使用锂鹽或前體。
一種此類方法是使用锂雙（三甲基甲矽烷基）氨基化物 (LiN(SiMe3)2) 作為預嵌锂劑，組裝前可将LiN(SiMe3)2加入正極材料中，與正極材料反應析出锂，這種方法已被證明可以提高矽基負極的初始容量和循環穩定性。
另一種預锂化方法是使用磷酸鐵锂 (LiFePO4) 作為預锂化劑。LiFePO4可以在組裝前添加到正極材料中，與正極材料反應沉積锂。這種方法已被證明可以提高矽基陽極的循環穩定性。
雖然預锂化可以提高锂離子電池的性能，但它也有一些局限性。一個重大挑戰是預锂化會導緻锂枝晶的形成，這會導緻短路并縮短電池的使用壽命。是以，必須仔細控制預锂化過程中引入的锂量，以避免形成枝晶。
補充涉及在操作期間向陽極添加锂。這種方法已被證明可以提高 LIB 的循環穩定性和壽命，特别是對于矽和錫等高容量陽極材料。
一種常見的補充方法是使用锂鹽，例如雙（三氟甲磺酰基）亞胺锂 (LiTFSI) 作為電解液添加劑。LiTFSI可在循環過程中與正極材料發生反應析出锂，提高電池的循環穩定性。
另一種補充途徑是采用锂源固态電解質，如磷酸鋁钛锂（Li7La3Zr2O12）作為電解質材料。這種方法可以提高 LIB 的循環穩定性和壽命，特别是對于高容量負極材料。
近年來，锂離子電池的預锂化和補充政策的開發取得了重大進展。一種有前途的方法是使用人工智能優化預锂化和補充政策。
機器學習算法已經開發出來，可以根據電池元件的組成和加工參數來預測锂離子電池的性能。這種方法已被證明可以提高電池性能預測的準确性，并可用于優化預锂化和補充政策。
另一個最近的發展是使用先進的表征技術來研究預锂化和補充陽極材料的行為。例如，原位透射電子顯微鏡 (TEM) 已用于研究锂枝晶在循環過程中的形成和行為。這種方法提供了對枝晶形成機制的寶貴見解，可用于制定防止枝晶生長的政策。
此外，研究人員還探索了使用碳納米管等替代陽極材料進行預锂化和補充。碳納米管已被證明具有高儲锂能力，可用作锂沉積的模闆。這種方法可以提高 LIB 的循環穩定性和壽命，并且可以與其他預锂化和補充政策結合使用。
盡管在預锂化和補充政策的開發方面取得了重大進展，但仍有許多挑戰需要解決，一項重大挑戰是針對大規模生産優化這些政策，許多目前的預锂化和補充方法難以擴大規模，并且與現有制造技術不相容。
另一個挑戰是制定防止锂枝晶在預锂化和補充過程中形成的政策。雖然在了解枝晶形成機制方面取得了重大進展，但還需要更多的研究來制定有效的政策來防止枝晶生長。
此外，可以進一步開發使用先進的表征技術和人工智能算法來優化預锂化和補充政策。這些方法可用于預測 LIB 的性能并确定每個電池元件的最佳工藝參數。
最後，可以進一步探索開發用于預锂化和補充的替代正極材料。雖然矽和錫具有高儲锂容量，但它們在枝晶形成和循環穩定性方面也面臨着重大挑戰。替代陽極材料，例如碳納米管，可以為預锂化和補充提供更有效的解決方案。
預锂化和補充是提高锂離子電池性能和壽命的有前途的政策。預锂化可以提高锂離子電池的初始容量和循環穩定性，而補锂可以提高锂離子電池的循環穩定性和壽命。
盡管在制定這些政策方面取得了重大進展，但仍需要解決許多挑戰，以優化這些方法以進行大規模生産。
該領域未來的研究應側重于制定有效的政策來防止枝晶形成，使用先進的表征技術和人工智能算法優化工藝參數，并探索用于預锂化和補充的替代陽極材料。
