今天我们讲一下预锂化，讲这个之前，先╱给大家讲一下，半电池（正极为正极材料，
负极为金←属锂片）和全电池的首效问题。
这▲是钴酸锂半电池首效，不理解全电池和半电池没关系，你就理解成这是正极材料的首效。
从上图∑ 我们可以看出，半电池的首次▼充电容量要略高于首次放电容量▃，
也就是说，充电时从正极脱嵌的锂离子，并没有100%在放电时回到正极。
而首次放电容量/首次充电容量，就是这个半电池的首次效率Ψ。
磷酸铁锂正极半电々池首效
三元正极半电池首效
从上面几张图可以看出，三元的首次效率是最低〖的，一般为85~88%；
钴酸锂次之，一般是94~96%；磷酸铁锂比钴酸锂略高一点←，为95%~97%。
正极材料的首效主要是由于发生脱嵌后，正极材料结构发生变化，
没有足〓够的嵌锂位置，锂离子无法在首次放电时全部回来。
石墨负极半电「池首效
石墨电池半电池和正极不一样的是，石墨做正极，金属锂片做负极，故而先○放电，
而石墨的首效明显低于正极材料的首效，主要原因就是锂离子穿过电解︼质，
会在石墨表面形成SEI膜，消耗了大量锂离子。
而为了SEI膜献身的锂离子则无法回到负极。
全电池首☆次效率，从电池注√液后，需要经过化成（仅充电）和分容这（有充放电）的工序，
一般而言，化成以及分容第一步都是充电过程，二者容量加和，就是全电池首次充入容量；
分容工步的第二步一般是从满∞电状态放电至空电，因此此步★容量为全电池的放电容量。
将二者结合起来，就得到了全电池首次效率的算法：
全电池首次效率=分容第二步放电容量/（化成充入』容量+分容第一步充入容量）
日常中一般为∞了减少偏差，取第二次完全放电容量为电池容量。
综上，我们可以得出一个ㄨ结论。若电池正极使↙用了首次效率为88%的三元材≡料，
而负极使用了首次效率为92%的石墨材料。
对这款全电池而言，首⌒次效率就是88%，
也就是当正极首效为88%、负极」首效为92%时，全电池的首效为88%，与较低的正极相等。
当然，除了电池材料影响首效，电极材料的比表面积也是一㊣ 个重要的影响因素，
石墨的比表面积越大，形成的SEI膜越大，需要消耗的锂离子更多，首效更低。
此外还与电池的化成充电制度有关，充入合适的SOC，也会一定程度上影响电池的首效。
对全电池而△言，化成时负极界面形成的SEI膜会消耗掉从正极脱嵌的锂离子，并降低电池的容量。
如果我们可以从正极材料々外再寻找到一个〓锂源，让SEI膜的＠ 形成消耗外界锂源的锂离子，
这样就可以保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程，最终就可☉以提高全电池容量。
这个提供外界锂源的过程，就是预锂♀化。
下面我将借用◆一片文章来给大家讲述一下主要的预锂化方法，而我只见过一种，就是负极喷涂锂粉的方法。
1，负∴极提前化成法
我们可以让负极单独化成，待负极形︻成SEI膜后再与正极装配，
这样就可以避免化成对正极锂离子的损耗，并大幅提升全电池的首▓次效率及容量，如示意图：
在上图中，负极片与锂〇片被浸泡在电解液中，并◣有外电路连接充电。
这样就可以保证化成时消耗的锂离子来源于金属锂片而非正极。
待负极片化成完毕后，再与正极片装配，电芯已不需要再※进行化成，
从▃而不会由于负极形成SEI膜而损失正极的锂离子，容量也就会明显提高。
这种预锂化☆方法的优点是可以最大限度的模拟正常化成流程，同时保证SEI膜的形成效果与全电池相▲近。
但是负极片的提前化成⊙和正负极片的装配这两个工序，操作难度过大。
2，负极喷涂锂粉法
由于使用负〖极片单独化成补锂难以操作，因此人们想到了直接在负极极片上喷涂锂粉的补锂方法。
首先要制作出一种稳定的金属锂粉末颗粒，颗粒的内层为金属锂，
外层为具有良好锂离子导通率和ω 电子导通率的『保护层。
预锂化过程中】，先将锂粉分散在有机溶剂▼中，然后将分散体喷涂在负极片上，
接着将负极片上的残留有机溶剂干燥，这样就得∮到了完成预锂化的负极片。后续的装配工作与正常流程○一致。
化成时，喷涂在负︼极上的锂粉会消耗于SEI膜的形成，从而最大限度的保留从正极脱嵌的锂离子，提高全电池的容量。
下图为负极︾硅合金、正极钴酸锂全电池的效率对比图，可以看出在负极进行〗了预锂化之后，首次效率有了明显的提升：
采用这种预锂化方法的缺点是安全性较难保证，材料及设备改造成本◥较高。
3，负极三层◤电极法
由于设备及工艺的局限性，单纯的为了预锂化而进行高成◢本的改造并非电池厂的优先选择，
如果可以用电池厂熟悉的方式完成预锂化，那推▆广性就大幅增强了。
下面所说的三↑层电极法，对电池■厂的操作就更为简单。
三层电极法的核心在于铜箔的处理，铜箔示意图如下：
与正常铜箔相比，三层电极法的铜〒箔被涂上了后期化成所需要的金属锂粉，
为了保护锂粉不与空气反应，又涂上了一层保护层；负极则直接涂在保护层上。
装配后单层电极的整体示№意图如下：
当电芯完成注液后，保护∏层会溶解于电解液中，从而让金属锂与负极接触，
化成时形成SEI膜所消耗的锂离子由金属锂粉补充。
充电后的电极图示◆如下：这种方法对电池→厂加工条件没有苛刻要求，
但是保护层〗在极片收放卷、辊压、裁切等工位的稳定性是对电极材料研发的很大挑战，
金属锂粉化成消失后负极材料粘结性的保证¤也颇有难度。
4，正极富锂材∑料法
在企业里工作的小伙伴们一定都曾深切的体会过：即便实验室条件下能够成功的东西，
挪到企业的规模化生产后也很可能困难重重。设♀备的改造成本、
材料的批量投入成本、加工环境的控制成本等都可能成为新技术无法推广的致命伤。
对于锂电这一工艺、设备已经基本成熟的行◥业而言，企业优先选择的预锂化方案，
一定会是一个不用做太多现场改动、甚至拿过来就能直接推广的方法。
而正极富锂材料法，恰好满足了电池厂这一方面的需求。
所々谓正极富锂法，可以简单理∮解为，有这么一种材料，在化成的时候，
她的正极释放出的锂离子个数，是目前所用的材料所能释放的锂离子个数的好几倍。
当负极首效低于正极时☉，化成时就会有太多的锂离子损耗于负极，
造成放电后正极有效空间无法被锂离子欠满，形成正极嵌锂空间的浪费。
如果在正极中加入少量的高克容量富锂№化材料，这样既可以为化成时SEI膜的形成提供更多的锂离子，
也不用担心放电时富锂化◥材料无法再次嵌锂（因为化成时已经将富锂材料提供的锂离子全部消耗⊙）。
上面所述的各种预锂化方←法，针对的都是负极首效▓低于正极的全电池，
全电池预锂化后，首次效率最高也只能达到正极材料半电池的水平。
而对于正∩极首效更低的电池而言，上面的方法则基本无能为』力，
原因是此时全电池的首效受限于正极充电后不再有足够的嵌锂空间，
即使外界补锂，也无法嵌＠ 入正极，因而没有作用。
来源：江子才