研 究 背 景

硅（Si）負極因其高達3579 mAh g-1的理論比容量，遠優于傳統石墨負極（372 mAh g-1），被認為是構建下一代高能量密度鋰離子電池的理想選擇。然而，Si負極在首次充放電過程中通常存在超過15%的不可逆鋰損失，嚴重限制了實際可用的容量與能量密度，阻礙其商業化進程。為應對該挑戰，預鋰化技術已成為補償鋰損失、提升電池能量輸出和循環壽命的關鍵途徑。其中，接觸預鋰化因其易于集成至卷對卷電極制造流程，并適用于多種電極材料體系，顯示出良好的產業化前景。近年來，超薄鋰箔、鋰/碳復合膜等負極預鋰化方案雖在一定程度上提高了鋰利用率并抑制了部分副反應，但由于其引入高反應性含鋰物種，仍存在安全隱患。相比之下，正極預鋰化策略在安全性和工藝兼容性方面更具優勢。然而，傳統電解質介導的正極預鋰化受限于鋰與正極材料間的高電勢差，往往導致反應速率過快、鋰分布不均，進而引發結構損傷；現有電化學或化學預鋰化方法也存在流程復雜、副產物殘留等問題，制約其實際應用。因此，開發一種安全、可控、適于產業化的正極預鋰化方法，成為實現高能量密度長壽命鋰離子電池的關鍵。

文 章 簡 介

基于在無鹽預鋰化領域的持續探索，孫永明教授課題組前期開發了一種以環狀碳酸酯為介質的通用型接觸預鋰化策略（Nat. Commun. 2025, 16, 7956）。該策略利用介質與金屬鋰自發反應，原位生成mM級鋰離子，實現了電極內部鋰離子擴散與材料鋰化反應動力學的平衡，獲得了時空均勻的預鋰化效果。此方法不僅能高效補償硅基負極的初始鋰損失，還可構建高離子電導率的富無機SEI界面。基于該策略組裝的Ah級LiCoO2||Si/C軟包電池，能量密度提升高達42.7%，并在10 C快充條件下實現80.9%的容量利用率，循環過程容量衰減率低至0.047%/次，展現出優異的快充與循環性能。

為進一步拓展該預鋰化策略的適用性并聚焦正極界面調控，團隊近期成功開發了一種以氟代碳酸乙烯酯（FEC）為介質的溶劑介導正極預鋰化方法，專門用于LiCoO2正極。該方法延續“無鹽”設計，通過FEC與金屬鋰反應原位提供鋰源，在實現電極縱深均勻預鋰化的同時，并且在LiCoO2表面原位構建出富LiF的無機界面層。該界面具備優異的穩定性和導鋰能力，能有效抑制電解液副反應，避免材料結構損傷。基于此技術組裝的Ah級LiCoO2||Si/C軟包電池表現出顯著的綜合性能提升：能量密度達421.8 Wh kg-1（較未處理電池提升約15%），在0.2 C倍率下循環200次后容量保持率高達92.4%，遠優于未預鋰化電池的83.2%。該方法流程簡便、溶劑可回收、易于對接現有卷對卷產線，為高能量密度鋰離子電池的產業化推進提供了可靠且極具前景的新思路。相關研究成果以“Solvent–Mediated Cathode Prelithiation for Durable, High-Energy Lithium-Ion Batteries” 為題發表在Advanced Functional Materials上。

本 文 要 點

1.無鹽原位Li+生成：無需額外添加鋰鹽，接觸預鋰化過程中，FEC與金屬Li在常溫下自發反應，原位生成mM級Li+導電介質，既簡化工藝又降低成本；

2.時空均勻預鋰化：低濃度Li+精準平衡電極深度方向（5-45 μm）的Li+擴散速率與LiCoO2材料固有反應速率，通過調控接觸時間（10-60 min）可將預鋰化轉化比從4%精確調控至14%，實現“由表及里”的漸進式鋰化，避免過鋰化與電極損傷；

3.界面穩定性強化：預鋰化過程中同步在LiCoO2表面構建“雙界面層”：6 nm厚的Li2O/Co內界面層，用于提供額外活性鋰源；以及7 nm厚的富LiF無機固體電解質界面，有效抑制電解液滲透與寄生反應，顯著降低界面阻抗；

4.器件級性能突破：基于該技術組裝的Ah級疊片LiCoO2||Si/C軟包電池，在0.1 C倍率下能量密度達421.8 Wh kg-1（較未預鋰化電池提升≈15%），0.2 C倍率下循環200次后容量保持率高達92.4%（未預鋰化電池僅83.2%），且循環后無明顯脹氣，展現出優異的實用化潛力。

結 論 展 望

本研究通過溶劑介導的正極預鋰化實現了材料、結構與界面三重協同：低濃度Li+的溫和動力學避免過度鋰化；簡單接觸工藝實現可控、均勻的表面鋰化；穩定的LiF無機界面保障高電壓與長壽命。該成果不僅補償了硅基負極的初始鋰損，更為新一代高能量密度、長壽命鋰離子電池提供了工業化可落地的解決方案，并為多種正極材料的界面穩定化設計提供了可借鑒的范式