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清華Nature Energy：創(chuàng)新！實(shí)現(xiàn)鋰離子電池負(fù)極的連續(xù)預(yù)鋰化！

預(yù)鋰化可以提高鋰離子電池（LIBs）的性能。迫切需要一種具有成本效益、高質(zhì)量和高工業(yè)兼容性的預(yù)鋰化策略。

圖1 預(yù)鋰化電極的制備和表征

清華大學(xué)伍暉、李曉雁等開(kāi)發(fā)了一個(gè)輥對(duì)輥電沉積和轉(zhuǎn)移印刷系統(tǒng)，以用于LIBs負(fù)極的連續(xù)預(yù)鋰化。

具體而言，通過(guò)優(yōu)化電沉積參數(shù)，首先在集流體上沉積了一定量的鋰，然后通過(guò)輥對(duì)輥壓延，預(yù)制備的負(fù)極可以完全轉(zhuǎn)移印刷到電沉積的鋰金屬上。轉(zhuǎn)移印刷過(guò)程中的界面分離和粘附分別與界面剪切力和壓應(yīng)力有關(guān)。通過(guò)這種方法，作者成功地制備了預(yù)鋰化石墨和硅/碳（Si/C）復(fù)合負(fù)極。

圖2 預(yù)鋰化石墨和Si/C電極的電化學(xué)性能

結(jié)果，所得兩種負(fù)極都表現(xiàn)出了更好的首效（ICE，分別為99.99%和99.05%）和穩(wěn)定的循環(huán)性。此外，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電極有效地提高了Li(NiCoMn)_1/3O₂ (NCM)和LiFePO₄（LFP）全電池的首效和能量密度。

通過(guò)有限元建模，這項(xiàng)工作進(jìn)一步揭示了轉(zhuǎn)移印刷過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)細(xì)節(jié)和基本機(jī)制，在此基礎(chǔ)上，作者設(shè)計(jì)了一個(gè)輥對(duì)輥電沉積和轉(zhuǎn)移印刷（RET）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從集流體到預(yù)鋰化負(fù)極的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，這與傳統(tǒng)的輥對(duì)輥電池制造過(guò)程非常匹配。

圖3 預(yù)鋰化全電池的ICE和循環(huán)穩(wěn)定性的改善

Roll-to-roll prelithiation of lithium-ion battery anodes by transfer printing. Nature Energy 2023. DOI: 10.1038/s41560-023-01272-1

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