針對電極材料的措施，針對電解液的措施，針對電極結構的措施，都已經(jīng)比較成熟，鋰離子電池的壽命目前已經(jīng)得到了很大的提升。

　　

而針對電池電壓低所開(kāi)發(fā)的高電壓電極材料，以及配套的電解液也已經(jīng)逐漸成熟，正在逐步開(kāi)展應用。

　　

只有首次效率低的問(wèn)題，還沒(méi)有得到比較好的解決，目前還沒(méi)有成熟的解決方案，目前有3M公司開(kāi)發(fā)的惰性鋰粉，雖然可以用作補充負極鋰源，但是由于安全性差(存在粉塵爆炸的風(fēng)險)，成本高(材料成本高、設備改造成本高)短期內還難以取得廣泛的應用，而正極補鋰似乎是一個(gè)可能的選擇，正極補鋰只需要在正極加入一下含鋰氧化物，成本低，不改變原有工藝，不涉及金屬鋰，因此安全性大大提高。

　　

以典型的LiCoO2/C全電池為例，在首次充電的過(guò)程中，隨著(zhù)Li+的嵌入，石墨的電勢逐漸降低，當低于電解液穩定的電位時(shí)，電解液就會(huì )在石墨負極的表面還原分解，消耗一部分鋰，從而導致大約10%左右的不可逆容量。當負極換做不可逆容量更高的硬碳、硅等材料時(shí)，這種容量損失將更加明顯。

　　

Li5FeO4是一種理想的正極鋰源，其比容量達到867mAh/g，理論上每摩爾的Li5FeO4可以提供5個(gè)Li+，通過(guò)在傳統的正極材料中混入一定量的Li5FeO4，可以顯著(zhù)的提高鋰離子電池首次效率和能量密度。

　　

Xin Su等針對Li5FeO4作為正極鋰源開(kāi)展了相關(guān)研究，他們正極采用了LiCoO2(庫倫效率為98%)，負極采用了硬碳(首次庫倫效率僅有80%左右)，Li5FeO4采用固相法合成。在首次充電的過(guò)程中，LFO材料能至少釋放出4個(gè)Li+，相當于比容量為700mAh/g以上，如下面反應方程所示：

 

 

在這個(gè)過(guò)程中，大部分的鋰離子都無(wú)法可逆的再次嵌入到LiFeO2中，但是這些鋰離子可以用于抵消負極帶來(lái)的不可逆容量損失。因此在使用中我們只需要在正極材料中加入少量的Li5FeO4即可。

　　

實(shí)驗中研究發(fā)現通過(guò)在正極中添加僅7%的LFO材料，正極首次充電容量可達233mAh/g，而首次放電容量?jì)H為160mAh/g， 7%含量的LFO提供了額外31%的Li+，這些鋰離子最終都會(huì )進(jìn)入到負極材料中，從而彌補負極首次效率低的問(wèn)題。

　　

因此當負極材料使用石墨類(lèi)材料(不可逆容量為10%左右)時(shí)，可以適當的降低正極中LFO的含量。

　　

計算可以得知當正負極的容量配比為1：1時(shí)，由于硬碳較大的不可逆容量，導致實(shí)際上正極剩余的容量?jì)H有129mAh/g(充電電壓為2.7-4.3V)，而在正極中加入LFO后，由于LFO的鋰補充了在首次充電過(guò)程中損失的鋰，從而使得正極的剩余可逆容量達到159mAh/g，這意味著(zhù)整個(gè)電池有10%左右的能量密度的提升。

　　

鑒于7%的LFO可以提供額外的31%的鋰離子，因此可以適當的降低LFO的添加量，以剛好滿(mǎn)足負極的不可逆容量(例如石墨10%左右，Si材料25%左右)，因此電池的能量密度還可以得到進(jìn)一步的提升。

　　

同時(shí)研究還發(fā)現，LFO添加不僅提高了電池的首次效率，還由于LFO提供了額外的Li從而顯著(zhù)的提高了電池的循環(huán)性能，50次循環(huán)容量保持率從90%提高到了95%(LCO/硬碳)。對長(cháng)期循環(huán)后的電池負極進(jìn)行能譜分析和X射線(xiàn)衍射表明，LFO材料釋放鋰離子后產(chǎn)生的LiFeO2材料會(huì )留在正極內，不存在Fe元素溶解后，再次在負極析出Fe元素的風(fēng)險。

　　

Li5FeO4材料是一種安全可靠，并且高效的正極添加鋰源，其成本相對較低，能在首次充電時(shí)釋放大量鋰離子，并且釋放鋰離子后的產(chǎn)物活性極低，不會(huì )發(fā)生再次嵌鋰或者溶解，因此是一種極有潛力的正極鋰源，隨著(zhù)硅負極等高容量，高不可逆容量的負極材料的應用，市場(chǎng)對正極補鋰材料的需求會(huì )進(jìn)一步擴大。