工程科学学报，第44卷，第X期 说，更为关注前两者.主要的负极成膜添加剂包括 酸酯(TPP)、三（三甲基硅烷）硼酸酯(TMSB)O]等 碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、亚硫酸 用来促进和优化正极CEI膜的形成（图5）.常用的 乙烯酯(ES)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)等，而三氟 离子导电添加剂有12-冠-4醚、阴离子受体化合物 乙基甲基碳酸酯(FEMC)网)、双氟草酸硼酸锂 和无机纳米氧化物8)等，均能有效提高电解液的 (LiDFOB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、三苯基亚磷 离子电导率6 LiF formed on Thicker CEI the cathode surface Cathode Without additive 章章 Limigrate difficulty Cathode Thinner CEl With TMSB Cathode Li'migrate easily LiF dissolved in electrolyte 图5添加剂TMSB增强锂离子电池高电压性能的作用机制S] Fig.5 Fundamental roles of the TMSB to enhance the high-voltage performance of the LIBISO 3.4电极预嵌锂 4总结与展望 负极预嵌锂工艺是提升锂离子电池功率性能 本文主要从正极材料、负极材料、电解液和预 的有效手段之一在锂离子电池制备工艺中，预嵌 嵌锂方法等方面综述了“快放型”高功率锂离子电 锂的意义在于：硅基、无定形碳、石墨烯等负极材 池.受限于应用需求和快速充电时负极易于析锂 料首周库仑效率低(80%~90%)，导致化成过程对 等因素的影响s-啊，“快充型”锂离子电池并未受 正极材料中Li的消耗较多；且1.0~3.0V的电位 到过多关注.然而，作为一种兼具超级快充和超级 区间容量占比较大，这部分容量不能被全电池有 快放性能的锂离子储能器件，锂离子电容器尤其 效利用：预嵌锂可补偿L的消耗并使负极的电位 适合秒级至分钟级场景的储能应用，可以在秒级 降至工作区间，从而提升电池的平台电压、提高电 时间内完成充电和放电过程，且循环寿命超长 池的功率密度和能量密度，如图6所示B] (100万周)，可实现与锂离子电池的配合使用7 预嵌锂的方法包括从正极嵌锂和从负极嵌 同时，锂离子电容器与高功率锂离子电池在融合 锂，其中，从正极嵌锂是指将富含锂的化合物掺杂 发展，两者之间的界限也在日趋模糊8] 在正极材料中，在充电过程中L不可逆地脱出并 随着社会发展对高功率锂离子电池的迫切要 嵌人到负极材料中，这类化合物有氨化锂LiN8啊、 求，近年来电池的功率性能也有了很大提高.根据 Li2MoO,21、Li5ReO687、Li6CoO481、Li2CuO289、 国内学术会议报导，目前高功率锂离子电池的实 LisFeO,0和LiC4O,]等.从负极嵌锂包括将钝 验室产品已实现约1000C电流脉冲放电，峰值功 化锂粉(SLMP)3,2-1或金属锂箔压覆/贴合到负 率密度可达100kW-kg,预测在2035年高功率锂 极表面8，以及通过电化学Bs,1或短路方法在 离子电池可实现2000C电流脉冲放电，峰值功率 充放电过程中实现预嵌锂.还有报导采用电解液 密度可达200kW-kg.根据锂离子电池功率的计 中的有机锂盐进行预嵌锂，如3,4二羟基苯甲腈二 算公式可知，可通过提高工作电压和降低内阻来 锂盐9其中，金属锂箔贴合法、电化学预嵌锂 提高单体的功率密度.单体电压取决于锂离子电 法、短路预嵌锂法和钝化锂粉压覆法等已实现工 解液的稳定电压窗口和正/负极材料的嵌锂平台电 业化生产或小批量生产，而这些预嵌锂方法对高 位，需重点研究抗氧化性强且与负极匹配性好的 功率锂离子电池、锂离子电池电容和锂离子电容 非水电解溶液体系、高电压正极材料和嵌锂电位 器都是适用的 低的负极材料.单体内阻的降低可通过采用高说，更为关注前两者. 主要的负极成膜添加剂包括 碳酸亚乙烯酯 (VC)、亚硫酸丙烯酯 (PS)、亚硫酸 乙烯酯 (ES) 和氟代碳酸乙烯酯 (FEC) 等，而三氟 乙基甲基碳酸 酯 (FEMC)[79]、双氟草酸硼酸锂 （LiDFOB）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、三苯基亚磷 酸酯（TPP）、三 (三甲基硅烷) 硼酸酯 (TMSB)[80] 等 用来促进和优化正极 CEI 膜的形成（图 5）. 常用的 离子导电添加剂有 12-冠-4 醚、阴离子受体化合物 和无机纳米氧化物[81] 等，均能有效提高电解液的 离子电导率[64] . Li+ migrate difficulty Thicker CEI Without additive Cathode Cathode Cathode With TMSB Li+ migrate easily LiF formed on the cathode surface Thinner CEI LiF dissolved in electrolyte 图 5    添加剂 TMSB 增强锂离子电池高电压性能的作用机制[80] Fig.5    Fundamental roles of the TMSB to enhance the high-voltage performance of the LIB[80] 3.4    电极预嵌锂 负极预嵌锂工艺是提升锂离子电池功率性能 的有效手段之一. 在锂离子电池制备工艺中，预嵌 锂的意义在于：硅基、无定形碳、石墨烯等负极材 料首周库仑效率低 (80%～90%)，导致化成过程对 正极材料中 Li+的消耗较多；且 1.0～3.0 V 的电位 区间容量占比较大，这部分容量不能被全电池有 效利用；预嵌锂可补偿 Li+的消耗并使负极的电位 降至工作区间，从而提升电池的平台电压、提高电 池的功率密度和能量密度，如图 6 所示[33] . 预嵌锂的方法包括从正极嵌锂和从负极嵌 锂，其中，从正极嵌锂是指将富含锂的化合物掺杂 在正极材料中，在充电过程中 Li+不可逆地脱出并 嵌入到负极材料中，这类化合物有氮化锂 Li3N [86]、 Li2MoO3 [82]、 Li5ReO6 [87]、 Li6CoO4 [88]、 Li2CuO2 [89]、 Li5FeO4 [90] 和 Li2C4O4 [91] 等. 从负极嵌锂包括将钝 化锂粉 (SLMP) [83,92−93] 或金属锂箔压覆/贴合到负 极表面[85] ，以及通过电化学[35,84] 或短路方法[33] 在 充放电过程中实现预嵌锂. 还有报导采用电解液 中的有机锂盐进行预嵌锂，如 3,4-二羟基苯甲腈二 锂盐[94] . 其中，金属锂箔贴合法、电化学预嵌锂 法、短路预嵌锂法和钝化锂粉压覆法等已实现工 业化生产或小批量生产，而这些预嵌锂方法对高 功率锂离子电池、锂离子电池电容和锂离子电容 器都是适用的. 4    总结与展望 本文主要从正极材料、负极材料、电解液和预 嵌锂方法等方面综述了“快放型”高功率锂离子电 池. 受限于应用需求和快速充电时负极易于析锂 等因素的影响[95−96] ，“快充型”锂离子电池并未受 到过多关注. 然而，作为一种兼具超级快充和超级 快放性能的锂离子储能器件，锂离子电容器尤其 适合秒级至分钟级场景的储能应用，可以在秒级 时间内完成充电和放电过程 ，且循环寿命超长 (100 万周)，可实现与锂离子电池的配合使用[97] . 同时，锂离子电容器与高功率锂离子电池在融合 发展，两者之间的界限也在日趋模糊[98] . 随着社会发展对高功率锂离子电池的迫切要 求，近年来电池的功率性能也有了很大提高. 根据 国内学术会议报导，目前高功率锂离子电池的实 验室产品已实现约 1000C 电流脉冲放电，峰值功 率密度可达 100 kW·kg–1，预测在 2035 年高功率锂 离子电池可实现 2000C 电流脉冲放电，峰值功率 密度可达 200 kW·kg–1 . 根据锂离子电池功率的计 算公式可知，可通过提高工作电压和降低内阻来 提高单体的功率密度. 单体电压取决于锂离子电 解液的稳定电压窗口和正/负极材料的嵌锂平台电 位，需重点研究抗氧化性强且与负极匹配性好的 非水电解溶液体系、高电压正极材料和嵌锂电位 低的负极材料. 单体内阻的降低可通过采用高 · 8 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期