化學(xué)預(yù)鋰化方法在高比能鋰離子電池中的應(yīng)用：

眾所周知，高能量密度鋰離子電池體系的構(gòu)建需要具有高容量和低電壓的負(fù)極材料（如Si負(fù)極和Sn負(fù)極），但是這些負(fù)極材料在鋰化過程中都存在著巨大的體積膨脹。體積膨脹導(dǎo)致多余的鋰離子消耗，造成對全電池不利的不可逆容量和較低的前幾周庫倫效率。近幾年，艾新平教授的研究團(tuán)隊(duì)新開發(fā)出了簡單的化學(xué)預(yù)鋰化方法來對電化學(xué)循環(huán)前的正負(fù)極材料預(yù)補(bǔ)鋰以補(bǔ)償其首周SEI膜形成所消耗的Li來提高庫倫效率[6]。對于不含Li的正極材料如硫化聚丙烯腈（S-PAN）來說,預(yù)鋰化處理能夠使其有機(jī)會與無鋰負(fù)極匹配為全電池，而避免了使用金屬鋰負(fù)極面臨的枝晶生長等棘手的問題。

圖4 化學(xué)預(yù)鋰化的Li2S-Si全電池示意圖

邦力威18650鋰電池的比能量在不同類型的電池上不一樣

2019年，艾新平教授團(tuán)隊(duì)在ACS Energy Letters上報道了他們有關(guān)化學(xué)預(yù)鋰化方法在高比能鋰離子電池構(gòu)建方面的研究成果。他們利用萘鋰溶液對S-PAN正極進(jìn)行了全部預(yù)鋰化使其成為Li2S-PAN正極，對Si負(fù)極進(jìn)行了部分預(yù)鋰化，并將這兩種電極匹配構(gòu)建了能量密度高達(dá)710Wh/kg的Li2S-Si全電池。這種高比能全電池工作過程中的Li+主要由完全預(yù)鋰化的正極提供，Si負(fù)極部分預(yù)鋰化的結(jié)果是降低首周SEI膜形成造成的容量損失。該Li2S-Si全電池的首周庫倫效率高達(dá)93.45%，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能也十分優(yōu)異。萘鋰溶液作為化學(xué)預(yù)鋰化試劑的優(yōu)勢在于其穩(wěn)定性和溫和型，與傳統(tǒng)的正丁基鋰預(yù)鋰化試劑相比，共軛芳環(huán)能夠限度地穩(wěn)定含鋰自由基，其在空氣條件下暴露也十分安全。而與工業(yè)上常用的鋰粉補(bǔ)鋰相比，液態(tài)的預(yù)鋰化試劑更能夠使電極材料內(nèi)部預(yù)鋰化程度均一。
VOCsVOCs(ads)H2OH2O(ads)光激發(fā)步驟TiO2粒子具有能帶結(jié)構(gòu)，由充滿電子的低能價帶(VB)、空的高能導(dǎo)帶(CB)和之間的禁帶組成，當(dāng)受到能量超過禁帶寬度的光線照射時，價帶上的電子被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，并在價帶上留下相應(yīng)的空穴(h+)，被吸附劑基材高度分散的納米TiO2可使光生電子和空穴很快從體內(nèi)遷移至表面，進(jìn)而參與下一步的反應(yīng)。TiO2+hTiO2(h++e)VOCs的光催化氧化步驟一般認(rèn)為[14-15]，光生空穴(h+)是一種強(qiáng)氧化劑，能夠?qū)⑽皆赥iO2粒子表面的H2O和OH氧化為自由基(OH)，而光致電子是一種強(qiáng)還原劑，能俘獲TiO2表面的吸附氧生成超氧陰離子自由基(O2)，并進(jìn)一步通過質(zhì)子化作用后成為OH的另一個來源，同時也降低了光生電子和空穴的復(fù)合概率，提高了反應(yīng)速率。