1，目前業界比較公認的鋰電發展路線是什么？

經過研發人員和工程師的不懈努力，從鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池，走到磷酸鐵鋰電池，再到現在主流的三元電池，每一次的提升，都是一代人的努力，基于提升鋰電池的安全性、能量密度、倍率性能，再結合目前電池研發現狀，總結出了未來鋰電池的一個發展路線。

2020年是多陽離子電極，主要以NCM、NCA復合正極材料，負極以C以及部分硅碳復合為主，能量密度大概300-350wh/kg。

2020-2025年，以全固態鋰離子電池為主，金屬鋰負極或硅碳負極。能量密度400wh/kg，同時開發鈉離子電池，鈉比鋰更加廉價，但比鋰離子大，且存在液態記憶。

2025年后，主要以鋰硫電池-->鋰金屬電池-->>鋰空氣電池發展為主，這類電池，能量密度更高，材料的可取性也越來越方便，但目前存在較多難題，還需要繼續去攻克，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達到1675mAh/g和2600Wh/kg，遠遠高于商業上廣泛應用的三元電池。

并且硫是一種對環境友好的元素，對環境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池；鋰金屬電池，用鋰金屬箔來取代石墨，它可以容納更多的離子，但通常鋰金屬箔與電解質會產生不良反應，從而導致電解質過熱，甚至導致燃燒，這一技術能將當前鋰電池的體積縮小一半，從理論上來說，如果電池體積不變，在搭載鋰金屬電池的情況下，電動汽車的續航里程將提升一倍；鋰空氣電池，是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里，理論上，由于氧氣作為陰極反應物不受限，該電池的容量僅取決于鋰電極，其比能為5.21kWh/kg(包括氧氣質量)，或11.4kWh/kg(不包括氧氣)。

2，能量載體基本要求有哪些？

（1）原子相對質量要小；

（2）得失電子能力要強；

（3）電子轉移比例要高。

3，電池的主要指標有哪些？

（1）容量；

（2）能量密度；

（3）充放電倍率；

（4）電壓；

（5）壽命；

（6）內阻；

（7）自放電；

（8）工作溫度范圍。

4，正極材料（LFP、NCM、LiCo等）特性有哪些？

（1）較高的氧化還原反應電位，高輸出電壓；

（2）鋰元素含量高，能量密度高；

（3）化學反應中結構穩定；

（4）電導率高；

（5）化學穩定性和熱穩定性好，不易分解和反應；

（6）價格便宜；

（7）制作工藝相對簡單，適合大規模生產；

（8）對環境友好，污染低。

5，負極材料（Li、C、AL、鈦酸鋰等）特性有哪些？

（1）層狀結構或者隧道結構，利于脫嵌；

（2）結構穩定，良好的充放電可逆性和循環性能；

（3）鋰離子盡可能多的插入和脫嵌；

（4）氧化還原電位低；

（5）首次不可逆放電容量低；

（6）與電解質溶劑相容性較好；

（7）價格低廉，材料易得；

（8）安全性好；

（9）環境友好。

6，提高電池能量密度的途徑通常有哪些？

（1）提高正負極活性物質占比；

（2）提高正負極材料的比容量（克容量）；

（3）減重瘦身。

7，如何提高鋰離子電池的充放電倍率？

（1）提高正負極的鋰離子擴散能力；

（2）提高電解質的離子電導率；

（3）降低電池內阻（歐姆內阻和極化內阻）。

8，哪些因素影響鋰離子電池的循環壽命？

（1）負極金屬鋰沉積；

（2）正極材料的分解；

（3）SEI的形成和再次消耗；

（4）電解質的影響，主要表現在：總量減少，有雜質存在，水滲入；

（5）隔膜阻塞或破壞；

（6）正負極材料脫落；

（7）外部使用因素。

9，鋰離子電池內部材料反應分解溫度？

（1）SEI膜分解，電解液放熱反應，130℃；

（2）電解質分解，產熱，130℃-250℃；

（3）正極材料分解產生大量氣體和氧，180℃-500℃；

（4）粘結劑和負極活性物質的反應，240℃-290℃。

一般由于過充、大倍率放電、內部短路、外部短路、振動、碰撞、跌落、沖擊等造成短路，產生大量熱和氣體的一個過程。

10，未來最具潛力的幾種鋰電池材料

（1）硅碳復合負極材料，能量密度高，產業化400wh/kg以上，但體積膨脹嚴重，循環差；

（2）鈦酸鋰，循環10000次以上，體積變化＜1%，不形成枝晶，穩定性極好，可快速充電，但價格高，能量密度低，約170wh/kg；

（3）石墨烯，可用于負極材料和正極添加劑，導電性極好，離子傳輸快，首效差，約65%，循環差，價格高；

（4）富鋰錳基電池，能量密度約900wh/kg，原材料豐富，但首效低，安全和循環差，倍率性能偏低；

（5）NCM三元材料，一般在250wh/kg，配上硅碳負極，約在350wh/kg；

（6）CNTs，碳納米管，導電性能優越，優異的熱傳導性；

（7）涂覆隔膜，基膜+PVDF+勃姆石，提高隔膜耐收縮性、熱傳導低，防止全部熱失控；

（8）高電壓電解液，這個就不用說了，隨著能量材料能量密度，電壓也相應提高；

（9）水性粘結劑，出于環境保護和健康。

預鋰化，講這個之前，先給大家講一下，半電池（正極為正極材料，負極為金屬鋰片）和全電池的首效問題。

這是鈷酸鋰半電池首效，不理解全電池和半電池沒關系，你就理解成這是正極材料的首效。

從上圖我們可以看出，半電池的首次充電容量要略高于首次放電容量，也就是說，充電時從正極脫嵌的鋰離子，并沒有100%在放電時回到正極。而首次放電容量/首次充電容量，就是這個半電池的首次效率。

磷酸鐵鋰正極半電池首效

三元正極半電池首效

從上面幾張圖可以看出，三元的首次效率是最低的，一般為85~88%；鈷酸鋰次之，一般是94~96%；磷酸鐵鋰比鈷酸鋰略高一點，為95%~97%。正極材料的首效主要是由于發生脫嵌后，正極材料結構發生變化，沒有足夠的嵌鋰位置，鋰離子無法在首次放電時全部回來。

石墨負極半電池首效

石墨電池半電池和正極不一樣的是，石墨做正極，金屬鋰片做負極，故而先放電，而石墨的首效明顯低于正極材料的首效，主要原因就是鋰離子穿過電解質，會在石墨表面形成SEI膜，消耗了大量鋰離子。而為了SEI膜獻身的鋰離子則無法回到負極。

全電池首次效率，從電池注液后，需要經過化成（僅充電）和分容這（有充放電）的工序，一般而言，化成以及分容第一步都是充電過程，二者容量加和，就是全電池首次充入容量；分容工步的第二步一般是從滿電狀態放電至空電，因此此步容量為全電池的放電容量。將二者結合起來，就得到了全電池首次效率的算法：

全電池首次效率=分容第二步放電容量/（化成充入容量+分容第一步充入容量）

日常中一般為了減少偏差，取第二次完全放電容量為電池容量。

綜上，我們可以得出一個結論。若電池正極使用了首次效率為88%的三元材料，而負極使用了首次效率為92%的石墨材料。對這款全電池而言，首次效率就是88%，也就是當正極首效為88%、負極首效為92%時，全電池的首效為88%，與較低的正極相等。

當然，除了電池材料影響首效，電極材料的比表面積也是一個重要的影響因素，石墨的比表面積越大，形成的SEI膜越大，需要消耗的鋰離子更多，首效更低。此外還與電池的化成充電制度有關，充入合適的SOC，也會一定程度上影響電池的首效。

對全電池而言，化成時負極界面形成的SEI膜會消耗掉從正極脫嵌的鋰離子，并降低電池的容量。如果我們可以從正極材料外再尋找到一個鋰源，讓SEI膜的形成消耗外界鋰源的鋰離子，這樣就可以保證正極脫嵌的鋰離子不會浪費于化成過程，最終就可以提高全電池容量。這個提供外界鋰源的過程，就是預鋰化。

下面我將借用一片文章來給大家講述一下主要的預鋰化方法，而我只見過一種，就是負極噴涂鋰粉的方法。

1，負極提前化成法

我們可以讓負極單獨化成，待負極形成SEI膜后再與正極裝配，這樣就可以避免化成對正極鋰離子的損耗，并大幅提升全電池的首次效率及容量，如示意圖：

在上圖中，負極片與鋰片被浸泡在電解液中，并有外電路連接充電。這樣就可以保證化成時消耗的鋰離子來源于金屬鋰片而非正極。待負極片化成完畢后，再與正極片裝配，電芯已不需要再進行化成，從而不會由于負極形成SEI膜而損失正極的鋰離子，容量也就會明顯提高。

這種預鋰化方法的優點是可以最大限度的模擬正常化成流程，同時保證SEI膜的形成效果與全電池相近。但是負極片的提前化成和正負極片的裝配這兩個工序，操作難度過大。

2，負極噴涂鋰粉法

由于使用負極片單獨化成補鋰難以操作，因此人們想到了直接在負極極片上噴涂鋰粉的補鋰方法。首先要制作出一種穩定的金屬鋰粉末顆粒，顆粒的內層為金屬鋰，外層為具有良好鋰離子導通率和電子導通率的保護層。預鋰化過程中，先將鋰粉分散在有機溶劑中，然后將分散體噴涂在負極片上，接著將負極片上的殘留有機溶劑干燥，這樣就得到了完成預鋰化的負極片。后續的裝配工作與正常流程一致。

化成時，噴涂在負極上的鋰粉會消耗于SEI膜的形成，從而最大限度的保留從正極脫嵌的鋰離子，提高全電池的容量。

下圖為負極硅合金、正極鈷酸鋰全電池的效率對比圖，可以看出在負極進行了預鋰化之后，首次效率有了明顯的提升：

采用這種預鋰化方法的缺點是安全性較難保證，材料及設備改造成本較高。

3，負極三層電極法

由于設備及工藝的局限性，單純的為了預鋰化而進行高成本的改造并非電池廠的優先選擇，如果可以用電池廠熟悉的方式完成預鋰化，那推廣性就大幅增強了。下面所說的三層電極法，對電池廠的操作就更為簡單。三層電極法的核心在于銅箔的處理，銅箔示意圖如下：

與正常銅箔相比，三層電極法的銅箔被涂上了后期化成所需要的金屬鋰粉，為了保護鋰粉不與空氣反應，又涂上了一層保護層；負極則直接涂在保護層上。裝配后單層電極的整體示意圖如下：

當電芯完成注液后，保護層會溶解于電解液中，從而讓金屬鋰與負極接觸，化成時形成SEI膜所消耗的鋰離子由金屬鋰粉補充。充電后的電極圖示如下：這種方法對電池廠加工條件沒有苛刻要求，但是保護層在極片收放卷、輥壓、裁切等工位的穩定性是對電極材料研發的很大挑戰，金屬鋰粉化成消失后負極材料粘結性的保證也頗有難度。

4，正極富鋰材料法

在企業里工作的小伙伴們一定都曾深切的體會過：即便實驗室條件下能夠成功的東西，挪到企業的規模化生產后也很可能困難重重。設備的改造成本、材料的批量投入成本、加工環境的控制成本等都可能成為新技術無法推廣的致命傷。對于鋰電這一工藝、設備已經基本成熟的行業而言，企業優先選擇的預鋰化方案，一定會是一個不用做太多現場改動、甚至拿過來就能直接推廣的方法。而正極富鋰材料法，恰好滿足了電池廠這一方面的需求。

所謂正極富鋰法，可以簡單理解為，有這么一種材料，在化成的時候，她的正極釋放出的鋰離子個數，是目前所用的材料所能釋放的鋰離子個數的好幾倍。當負極首效低于正極時，化成時就會有太多的鋰離子損耗于負極，造成放電后正極有效空間無法被鋰離子欠滿，形成正極嵌鋰空間的浪費。如果在正極中加入少量的高克容量富鋰化材料，這樣既可以為化成時SEI膜的形成提供更多的鋰離子，也不用擔心放電時富鋰化材料無法再次嵌鋰（因為化成時已經將富鋰材料提供的鋰離子全部消耗）。

上面所述的各種預鋰化方法，針對的都是負極首效低于正極的全電池，全電池預鋰化后，首次效率最高也只能達到正極材料半電池的水平。而對于正極首效更低的電池而言，上面的方法則基本無能為力，原因是此時全電池的首效受限于正極充電后不再有足夠的嵌鋰空間，即使外界補鋰，也無法嵌入正極，因而沒有作用。