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磷酸鐵鋰（LiFePO₄）因其低成本和高循環穩定性而被廣泛用作儲能鋰離子電池（LIBs）的正極材料。然而，LiFePO₄的低理論比容量使其初始容量損失更令人擔憂。因此，在LiFePO₄基LIBs的能量密度和/或壽命延長方面，通過預鋰化和在LiFePO₄中應用犧牲性富鋰添加劑來進行鋰補償迫在眉睫。

中科院物理所王兆翔、王雪鋒、國家納米中心高玉瑞等通過電化學和化學方法對LiFePO₄進行了預鋰化，并在初始充電容量和循環穩定性等電化學評估的基礎上證明了其可行性。

圖1 電化學預鋰化及電化學性能評價

具體而言，這項工作在不降低LiFePO₄電化學和機械性能的情況下，以化學和電化學方式將鋰離子預嵌入在商用LiFePO₄中。結果，在預鋰化的LiFePO₄中獲得了25–30 mAh g^?1的額外鋰離子提取容量，這足以補償全電池中初始循環中損失的鋰。同時，預鋰化的LiFePO₄電極的循環性能和空氣穩定性與未預鋰化制備的電極片相當。

圖2 SEI形成及其對鋰離子擴散的影響

基礎研究表明，預嵌入的鋰離子占據了LiFePO₄中的八面體Fe位和四面體P位，此外，在首次充電后，由預嵌入鋰引起的輕微結構變化得以恢復。進一步的評價表明，化學預鋰化僅略微影響其機械性能（電極的拉伸強度、LiFePO₄從鋁集流體的剝離強度等）。總體而言，這項工作證明了LiFePO₄中化學和電化學預鋰化的可行性，并為進一步提高LiFePO₄基鋰離子電池的能量密度和/或延長其壽命開辟了新途徑。

圖3 化學預鋰化及其對電極的影響

Feasibility of Prelithiation in LiFePO4. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210032

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物理所/國家納米中心AFM：LiFePO4預鋰化的可行性評估

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