科学家提出新型预锂化策略用于提升锂离子电池在宽工作温区下的性能

近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员张华民、李先锋、张洪章团队与中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室教授王青松团队合作，提出了一种利用锂化磷酸钒锂（Li5V2(PO4)3）实现先予后取的无添加剂自预锂化策略，并应用锂化磷酸钒锂和硬碳（HC）组成了具有高比能量、高比功率和宽工作温区的全电池。

改善低温性能是实现锂离子电池更广泛应用的关键之一，但是，目前商用锂离子电池所用的石墨负极在低温条件下的实际容量较低。硬碳具有良好低温储锂能力，可以有效改善电池的低温性能。然而在电池化成过程中，硬碳负极界面形成的固态电极/电解质界面（SEI）膜会不可逆地消耗Li+，从而降低电池的实际容量和比能量。预锂化是解决上述问题的常用策略，但实际生产中直接使用锂粉或锂箔补锂的方法工艺要求严苛、成本较高且安全性差，因此高效安全的预锂化技术仍有待研究。

该工作中，科研人员选用具有良好低温性能的锂化磷酸钒锂与硬碳负极组成全电池，巧妙地利用锂化磷酸钒锂在低电压区的容量补偿硬碳负极不可逆容量损失，有效提高了电池的比能量。所得全电池在室温下基于正负极活性物质的比能量可达到320Wh/kg，并且在-40degC的低温条件下充放电仍有80%容量保持率。原位表征和热量分析结果表明，锂化磷酸钒锂充放电过程中结构稳定、产热量低，具有良好的安全性。该预锂化方法为弥补负极首次不可逆容量损失提供了新策略，同时Li5V2(PO4)3||HC电池的设计，为低温锂离子电池提供了具有潜力的应用选择。

上述工作得到中科院洁净能源创新研究院合作项目、国家自然科学基金委项目、教育部能源材料化学协同创新中心（iChEM）项目、中科院青年促进会项目等资助。相关研究成果于近日发表在《纳米能源》（NanoEnergy）上。