采用硅基負極材料制備的高能鋰離子電池（LIBs）通常由于負極的機械失效而導致循環(huán)壽命較短，更重要的是，由于在初始充電期間不可逆地消耗正極鋰，會導致電池的電化學失效。(電)化學預鋰化已顯示出有希望補償初始鋰的損失并改善電池的循環(huán)性能。然而，以前直接應用于負極或正極的策略可能會引起對安全和電極結構退化的擔憂，并且與電池的工業(yè)制造不太兼容。

圖1. 三種預鋰化策略的示意圖

中科院化學所郭玉國、辛森等提出了一種功能性的預鋰化隔膜，以補償負極鋰的損失，并使高能量的LIBs具有長循環(huán)壽命。反氟石Li₅FeO₄（LFO）作為預鋰化劑被支撐在隔膜的一側，通過附著在正極上，它在最初的形成過程中通過四電子氧化還原反應提供了701 mAh g^-1的大不可逆容量。通過使用功能隔膜，NCM811||SiO_x/G全電池的可逆容量提高了＞40%，這使得3-Ah軟包電池的電池級比能量穩(wěn)定在330 Wh kg^-1，可以滿足電動汽車的里程需求。

此外，功能性隔膜的預鋰化與目前的LIB制備兼容，并且對電池的形成和運行沒有顯示出不利影響。預鋰化劑在隔膜上的面質量負載（面容量）可以調整，以精確匹配不同LIB負極的Li⁺補給能力。

圖2. 功能性隔膜的制備和物理化學特性

特別是，在＞2.8 vs. Li⁺/Li時，帶電的LFO支持的功能隔膜幾乎沒有任何放電能力，因此它可以適應各種正-負極組合的使用。在較低的放電截止電壓下，隔膜恢復了一些鋰的插層能力，因此它可以防止在局部過鋰化的情況下在負極上形成枝晶。另外，通過對LFO支持的隔膜進行適當的設計，可以實現(xiàn)快速檢測和應對早期枝晶形成的智能功能隔膜。

例如，通過先在隔膜的負極面涂上一層枝晶反應材料（如磷或與金屬鋰發(fā)生化學反應的材料），然后再涂上絕緣層，任何通過隔膜傳播的枝晶都可以與反應層發(fā)生反應，從而引起電壓波動，這可以被電池管理系統(tǒng)（BMS）識別。對電壓波動的精確檢測將有助于識別負極過鋰化區(qū)域枝晶的形成，以便BMS可以對電池進行放電以電化學地溶解枝晶。在該領域的更多努力將有助于創(chuàng)造一個安全和可持續(xù)的高能量可充鋰離子電池。

圖3. 基于LFO-FS的全電池的示意圖和電化學性能

A Functional Prelithiation Separator Promises Sustainable High-Energy Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300507