當(dāng)電池充滿電時(shí)，電子設(shè)備通常會(huì)顯示其電量為100%。然而，由于在電池生產(chǎn)的穩(wěn)定（形成）階段的初始充電期間發(fā)生鋰離子的永久損失，該值僅代表可以存儲(chǔ)在電池中的理論能量密度的70-90%。通過防止鋰離子的這種初始損失，可以大幅增加電動(dòng)汽車(EV)的里程和智能手機(jī)的使用時(shí)間。

為了解決這個(gè)問題，由儲(chǔ)能研究中心MinahLee博士和能源材料研究中心JihyunHong博士領(lǐng)導(dǎo)的韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)聯(lián)合研究小組，和氫燃料電池研究中心的HyangsooJeong博士開發(fā)了一種電極預(yù)處理解決方案，能夠最大限度地減少石墨-氧化硅（SiOx，0.5≤x≤1.5）復(fù)合陽極中的這種初始鋰離子損失。浸入溶液后，由50%SiOx組成的負(fù)極表現(xiàn)出可忽略不計(jì)的鋰損失，使全電池表現(xiàn)出接近理想的能量密度。

雖然大多數(shù)商用鋰電池都具有石墨負(fù)極，但SiOx因其高容量（比石墨大5到10倍）而作為下一代負(fù)極材料備受關(guān)注。然而，SiOx也不可逆地消耗三倍于石墨的活性鋰。因此，由石墨和SiOx的混合物組成的復(fù)合電極現(xiàn)在作為實(shí)用的下一代陽極的替代品獲得了認(rèn)可。然而，雖然在較高的SiOx比率下石墨-SiOx復(fù)合電極的容量相應(yīng)增加，但初始鋰的損失也增加。因此，SiOx的比率石墨-SiOx復(fù)合電極中的含量限制為15%，因?yàn)閷⒈壤黾拥?0%將導(dǎo)致初始鋰損失40%。

為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高容量和高初始效率，科學(xué)家們提出了各種預(yù)鋰化方法，包括將額外的鋰預(yù)摻雜到陽極中。KIST的MinahLee博士的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種工藝，其中將電極浸入獨(dú)特的溶液中，以減少SiOx電極對鋰的消耗。該團(tuán)隊(duì)隨后將該工藝應(yīng)用于具有顯著商業(yè)化潛力的石墨-SiOx復(fù)合材料。

研究小組發(fā)現(xiàn)，由于石墨具有多功能的嵌入能力，先前開發(fā)的預(yù)處理溶液會(huì)導(dǎo)致溶劑分子與鋰離子意外插入石墨。大溶劑分子的這種嵌入導(dǎo)致石墨-SiOx復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)破壞。為了防止電極失效，研究人員開發(fā)了一種使用弱溶劑化溶劑的新溶液，以減少溶劑與鋰離子之間的相互作用。該解決方案能夠選擇性地將鋰離子插入活性材料中，確保向石墨-SiOx復(fù)合電極穩(wěn)定供應(yīng)額外的鋰。

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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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將石墨-SiOx電極浸入研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的溶液中約1分鐘后，即使在50%的SiOx比例下，也完全防止了最初的鋰消耗。因此，該電極顯示出接近100%的高初始效率，表明初始充電中鋰損失可以忽略不計(jì)（≤1%）。通過此過程開發(fā)的電極的容量是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的2.6倍，同時(shí)在250次充電/放電循環(huán)后仍保持初始容量的87.3%。

KIST的MinahLee博士說，作為這項(xiàng)研究的結(jié)果，我們應(yīng)該能夠?qū)⑹?SiOx復(fù)合陽極中的SiOx含量增加到50%以上，而不是傳統(tǒng)材料允許的15%比例，使生產(chǎn)更大容量的鋰離子電池成為可能，并提高未來電動(dòng)汽車的行駛里程。KIST的聯(lián)合研究員JihyunHong博士也表示，該技術(shù)安全且適合量產(chǎn)，因此很有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。