ความก้าวหน้าการวิจัยเทคโนโลยีการเตรียมวัสดุแอโนด

2025-03-26

ด้วยการพัฒนาสังคมที่ชาญฉลาดและระดับสูง สัดส่วนของพลังงานใหม่ในระบบสถาปัตยกรรมพลังงานกำลังเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะการพัฒนาที่รวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซึ่งส่งเสริมการปฏิรูปอุตสาหกรรมพลังงานต่อไป แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีข้อดีในด้านความหนาแน่นพลังงานสูง ประสิทธิภาพการหมุนเวียนที่ดี การปล่อยประจุในตัวน้อย เป็นต้น ดังนั้นในฐานะที่เป็นอุปกรณ์เก็บพลังงาน จึงถูกนำมาใช้ในแบตเตอรี่พลังงาน อุปกรณ์ดิจิทัล 3C สถานีฐานพลังงาน และสาขาอื่นๆ อย่างกว้างขวาง

ในปัจจุบัน วัสดุแอโนดเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนแอมอร์ฟัส (คาร์บอนอ่อนและคาร์บอนแข็ง) กราไฟต์ (กราไฟต์ธรรมชาติและกราไฟต์สังเคราะห์) ลิเทียมไททาเนต และวัสดุที่มีพื้นฐานจากซิลิกอน (ซิลิกอน ซิลิกอนออกไซด์ และซิลิกอนแอมอร์ฟัส) โดยวัสดุแอโนดกราไฟต์สำหรับแบตเตอรี่พลังงานมีสัดส่วนมากกว่า 97% ของการจัดส่ง อย่างไรก็ตาม ความจุของผลิตภัณฑ์กราไฟต์ระดับสูงที่ 360-365 mAh·g-1 ใกล้เคียงกับความจุทฤษฎี 372 mAh·g-1 ของกราไฟต์ ข้อจำกัดในพื้นที่ในการปรับปรุงความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่กำลังขัดขวางการพัฒนาต่อไป ดังนั้นการพัฒนาวัสดุแอโนดที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงจึงเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงความหนาแน่นพลังงานของเซลล์

วัสดุที่เป็นฐานซิลิกอนที่มีความจุจำเพาะสูงถึง 3579 mAh·g-1 และศักย์ฝังลิเธียมไฟฟ้าเคมีต่ำที่ 0.4 V (เทียบกับ Li/Li +) รวมถึงแหล่งสำรองที่อุดมสมบูรณ์ ถือเป็นวัสดุขั้วบวกที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความหนาแน่นพลังงานสูงรุ่นต่อไป การศึกษาที่เกี่ยวข้องได้พิสูจน์แล้วว่าต้องใช้ขั้วลบซิลิกอนเมื่อความหนาแน่นพลังงานของเซลล์มากกว่า 280 Wh·kg-1 โดยไม่ใช้ขั้วบวกที่มีลิเธียมสูง อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการฝัง Li+ LixSi แบบไม่มีรูปร่างจะปรากฏบนพื้นผิวของอนุภาคซิลิกอน ในขณะที่อนุภาคซิลิกอนภายในยังคงเป็นผลึก เมื่อระดับลิเธียมเพิ่มขึ้นจนถึงการสร้าง Li22Si5 เต็มรูปแบบ ความจุตามทฤษฎีจะไปถึงระดับสูงสุด 4200 mAh·g-1 และการขยายตัวของปริมาตรจะอยู่ที่ 320% ซึ่งสูงกว่าการขยายตัวของปริมาตรของวัสดุคาร์บอนที่ 16% มาก การเสียรูปจำนวนมากส่งผลให้ชั้นอิเล็กโทรไลต์เฟสแข็ง (SEI) ถูกทำลายและก่อตัวซ้ำๆ ส่งผลให้ประสิทธิภาพคูลอมบ์แรก (ICE) ลดลงและสูญเสียไอออนลิเธียมที่ทำงานอยู่ สัดส่วนที่ต่ำของวัสดุขั้วบวกซิลิกอนที่ผสมกับกราไฟต์สามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและลดผลกระทบของปริมาตรได้ในระดับหนึ่ง แต่ปัญหา ICE ต่ำยังคงต้องได้รับการปรับปรุงโดยใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง

1. โลหะลิเธียมเป็นแหล่งลิเธียมเพื่อเสริมลิเธียม

โลหะลิเธียมสามารถใช้เป็นแหล่งลิเธียมโดยตรงสำหรับเทคโนโลยีการลิเธียมก่อนลิเธียม เนื่องจากจุดหลอมเหลวต่ำ (180 ℃) จึงง่ายต่อการประมวลผลเป็นแผ่นลิเธียม, สายลิเธียม, เม็ดลิเธียม และรูปแบบอื่น ๆ ในสภาวะบรรยากาศเฉื่อยหรือสูญญากาศ ในขณะเดียวกัน โลหะลิเธียมเองก็มีความนุ่มและง่ายต่อการรีดเป็นชั้นฟิล์มและติดอยู่ ดังนั้นการศึกษาการลิเธียมก่อนโดยใช้โลหะลิเธียมเป็นแหล่งลิเธียมโดยกระบวนการต่าง ๆ จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง

โลหะลิเธียมสามารถใช้โดยตรงในการสัมผัสกับวัสดุขั้วบวกหรือแนบกับพื้นผิว เนื่องจากศักย์ต่ำ โลหะลิเธียมจะถูกเปลี่ยนเป็น Li+ ฟรีในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ภายใต้สภาวะการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน และจะเกิดปฏิกิริยาการฝังลิเธียมกับวัสดุ คิมและคณะได้ฝากโลหะลิเธียมบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดซิลิกอนคาร์บอนที่เตรียมไว้ในรูปแบบของไอน้ำร้อนผ่านการฝากด้วยความร้อนสูญญากาศ ที่อุณหภูมิสูง วัสดุที่มีพื้นฐานจากซิลิกอนจะทำให้เกิดลิเธียมโดยการสัมผัสโดยตรงกับโลหะลิเธียม ที่อัตราส่วน 0.1C ICE ของแบตเตอรี่เต็มที่ประกอบด้วยขั้วบวก LiCoO2 และขั้วลบ Si-GR ที่ลิเธียมก่อนเพิ่มขึ้นจาก 76.4% เป็น 92.5% และความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นจาก 138.2 mAh/g เป็น 148.2 mAh/g ในขณะเดียวกัน อัตราการเก็บรักษาความจุของแบตเตอรี่คือ 80% จำนวนรอบเพิ่มขึ้นจาก 122 เป็น 366 หลังจากการลิเธียมก่อน

เรซกิตาและคณะใช้แผ่นลิเธียมเป็นอิเล็กโทรดสมมาตรและเรซินฟีนอลเพื่อเตรียมการประกอบแบตเตอรี่ปุ่มขั้วลบคาร์บอนซิลิกอนภายใต้การกระทำของวงจรภายนอก และได้รับวัสดุคาร์บอนซิลิกอนที่ลิเธียมก่อนโดยการลิเธียมทางอิเล็กโทรเคมี ซิลิกาที่ลิเธียมก่อนและขั้วลบ Lini0.5Mn0.3Co0.2O2 สามารถเพิ่ม ICE จาก 26% เป็น 86% ในขณะที่เพิ่มความจุของแบตเตอรี่เต็มจาก 48 mAh/g เป็น 160 mAh/g ยาวและคณะได้ทำให้การลิเธียมก่อนของซิลิกาเกิดขึ้นโดยการสัมผัสโดยตรงระหว่างแผ่นลิเธียมและวัสดุซิลิกาที่เคลือบกราไฟต์โดยการลัดวงจรหลังจากการเพิ่มหยดอิเล็กโทรไลต์ วัสดุซิลิกอนคาร์บอนที่เคลือบกราไฟต์ ICE ได้รับการปรับปรุงเป็น 97.1% โดยการลิเธียมก่อนด้วยการลัดวงจรที่สัมผัสโดยตรงกับโลหะลิเธียมเป็นเวลา 5 นาที หลังจากการชาร์จและการปล่อย 500 รอบ ความจุของ ICE ยังคงอยู่ที่ความหนาแน่นกระแส 969 mAh/g ที่ 2A/g โดยมีเสถียรภาพรอบที่ดี

การใช้โลหะลิเธียมไม่เพียงแต่สามารถมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับวัสดุขั้วบวก แต่ยังสามารถสร้างผลกระทบการเติมลิเธียมก่อนที่ขั้วบวกในระหว่างรอบเริ่มต้นของแบตเตอรี่ได้อย่างไม่ตรงไปตรงมา ผงลิเธียมโลหะที่เสถียร (SLMP) เป็นสารเติมแต่งลิเธียมก่อนขั้วลบที่ผลิตและพัฒนาโดยบริษัท FMC ในสหรัฐอเมริกา เนื่องจากมีชั้นป้องกันเฉื่อย Li2CO3 บนพื้นผิวจึงมีเสถียรภาพดีในอากาศ แพนและคณะได้กระจาย SLMP ในเฮกเซนล่วงหน้าเพื่อสร้างสารละลายกระจายที่สม่ำเสมอ จากนั้นพ่นบนพื้นผิวของแผ่นโพลาร์ที่เตรียมไว้เพื่อสร้างชั้น SLMP ที่สม่ำเสมอ หลังจากตัวทำละลายระเหยและม้วน ชั้นป้องกันของ SLMP จะแตก ทำให้วัสดุซิลิกอนคาร์บอนขั้วลบสัมผัสโดยตรงกับลิเธียม

หลังจากรอบแรก ICE เพิ่มขึ้นจาก 68.1% เป็น 98.5% และอัตราการเก็บรักษาความจุอยู่ที่ 95% หลังจาก 200 รอบ แสดงให้เห็นถึงความเสถียรของรอบที่ดี เนื่องจากลิเธียมมีความเหนียวดี Cao และอื่น ๆ ผ่านโลหะลิเธียมในพื้นผิวฟอยล์ทองแดงกดเข้าไปในชั้นบาง ๆ ของชั้นโลหะลิเธียม จากนั้นใช้เป็นชั้นป้องกันที่พื้นผิวด้วยการเคลือบโพลีเมอร์เพื่อปกป้องโลหะลิเธียม ความเสียหายจะไม่เกิดจากการออกซิเดชันในอากาศ วัสดุแอโนดจะถูกเคลือบด้านบนเพื่อเตรียมวัสดุที่ใช้งาน / โครงสร้าง 3 ชั้นของวัสดุอิเล็กโทรดโพลีเมอร์ / ลิเธียมโลหะ ชั้นโพลีเมอร์จะค่อยๆ ละลายในอิเล็กโทรไลต์ ในที่สุดทำให้ลิเธียมโลหะสัมผัสกับวัสดุกราไฟต์เพื่อทำการลิเธียมก่อนและการแทนที่ลิเธียม ด้วยวิธีนี้ ค่า ICE สูงถึง 99.7% สำหรับลบกราไฟต์และแม้กระทั่งมากกว่า 100% ICE ในลบอนุภาคซิลิกอน

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าโลหะลิเธียมมีบทบาทที่ดีในการเสริมลิเธียม ซึ่งสามารถปรับปรุง ICE ความหนาแน่นพลังงานและความเสถียรของรอบของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ลิเธียมมีความไวต่อความชื้นและออกซิเจนในอากาศสูง และกระบวนการป้องกันจึงถูกทำให้เป็นกระบวนการเสริมลิเธียมที่ซับซ้อน ซึ่งเพิ่มต้นทุนในการผลิตจริง ความสม่ำเสมอของกระบวนการเติมลิเธียมของลิเธียมก่อนหน้านี้ต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม และการเกิดลิเธียมเดนไดรต์หลังจากการเติมลิเธียมมากเกินไปซึ่งเกิดจากการเติมลิเธียมที่ไม่สม่ำเสมอก็เป็นปัญหาทางเทคโนโลยีที่ต้องได้รับการแก้ไขเช่นกัน

2. โลหะลิเธียมอัลลอยด์เป็นสารประกอบที่ใช้เป็นแหล่งลิเธียมเพื่อเสริมลิเธียม

เนื่องจากมีความกระตือรือร้นสูง โลหะลิเธียมจึงไม่เอื้อต่อการเตรียมอิเล็กโทรด คล้ายกับโลหะลิเธียม สารประกอบอัลลอยด์ของโลหะลิเธียมมีศักย์การลดต่ำและความสามารถในการเติมลิเธียมสูง ซึ่งสามารถใช้เป็นทางเลือกแทนโลหะลิเธียมเพื่อให้เกิดการเติมลิเธียม อย่างไรก็ตาม สารประกอบอัลลอยด์ลิเธียมบริสุทธิ์ที่เตรียมจากโลหะลิเธียม เช่น LixSi มีความกระตือรือร้นทางเคมีสูง และจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วในอากาศในปฏิกิริยาเอกซ์โธร์มิก ทำให้การใช้งานโดยตรงยังต้องการวิศวกรรมการป้องกันที่ซับซ้อน ดังนั้น การปรับปรุงความเสถียรทางเคมีของอัลลอยด์ลิเธียมจึงเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้มันกลายเป็นสารเติมลิเธียมที่เหมาะสม

Zhao et al. prepared LixSi alloy by mechanical agitation of lithium metal and Si nanoparticles in accordance with a certain chemical and quantitative ratio, and then constructed Li2O oxide layer on the surface of LixSi with low oxygen content ratio in an inert atmosphere in the glove box. The core-shell LixSi-Li2O complex has certain stability in dry air, and LiXSi-Li2O can be used as a prelithium additive in polyvinylpyrrolidone electrode to increase ICE to more than 94%.

เพื่อเพิ่มความเสถียรของ LixSi ต่อไป Zhao et al. ได้เตรียมคอมเพล็กซ์ LixSi/Li2O โดยใช้ SiO และ SiO2 ที่มีต้นทุนต่ำ เนื่องจากการกระจายตัวของอะตอม Si และ O ที่สม่ำเสมอ ส่วนประกอบ LixSi จะถูกฝังแน่นในตาข่าย Li2O ที่เกิดจากลิเธียม ซึ่งทำให้มีความเสถียรดีในอากาศที่มีความชื้น 40% แม้ว่าโครงสร้างของ LixSi ที่ผิวจะพังทลาย แต่ Li2O ที่หนาแน่นในชั้นในยังสามารถทำหน้าที่ป้องกันได้ ศักย์ต่ำของคอมเพล็กซ์สามารถทำให้เกิดผลการเติมลิเธียมที่ดีในวัสดุแอโนด ในฐานะที่เป็นสารเติมลิเธียมล่วงหน้า มันยังสามารถให้ความสามารถในการเติมลิเธียมที่ 1,240 mAh/g หลังจากสัมผัสกับอากาศเป็นเวลา 6 ชั่วโมง และยังสามารถเข้าร่วมในวงจรอิเล็กโตรเคมีในวงจรถัดไป โดยแสดงประสิทธิภาพของคูลอมบ์ที่ 99.87% ใน 400 รอบ

นอกจากการใช้ซิลิกอนเป็นวัตถุดิบในการเตรียมสารประกอบอัลลอยด์ลิเธียมแล้ว Zhao et al. ยังใช้ธาตุในกลุ่มหลักที่สี่ (Z=Si, Ge, Sn) และออกไซด์ที่เกี่ยวข้องในการเตรียมสารประกอบอัลลอยด์ Li22Z5 หรือ Li22Z5-Li2O โดยวิธีขั้นตอนเดียว สารผสม Li22Z5 หรือ Li22Z5-Li2O สามารถทำหน้าที่เสริมลิเธียมได้ดีสำหรับวัสดุแอโนดที่ทำจาก Sn และกราไฟต์ ตามการคำนวณทางเคมี พลังงานการพันธะของ Ge และ Li ใน LixGe สูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับอัลลอยด์ที่คล้ายกัน และแสดงความเสถียรที่ดีกว่าในอากาศแห้ง ชั้นป้องกันตาข่าย Li2O ที่หนาแน่นใน LI22Z5-LI2O สามารถเพิ่มความเสถียรของ Li22Z5 ในอากาศแห้งได้อย่างมาก และกระบวนการผลิตที่ใช้การผสมโดยตรง การให้ความร้อน และการคนสามารถลดต้นทุนในการปรับปรุงกระบวนการแบตเตอรี่

เมื่อเปรียบเทียบกับความกระตือรือร้นสูงของโลหะลิเธียม สารประกอบอัลลอยด์ LixZ ของลิเธียมมีความเสถียรที่ดีขึ้นอย่างมาก และผลิตภัณฑ์บางอย่างยังสามารถรักษาความเสถียรได้เป็นเวลา 6 ชั่วโมงในอากาศที่มีความชื้น 40% นอกจากนี้ การมีอยู่ของตาข่าย Li2O ยังทำหน้าที่เป็นโครงสนับสนุน ทำให้สารที่มีฤทธิ์หลัก LixZ สามารถให้ความสามารถในการหมุนเวียนได้อย่างเสถียรในกระบวนการหมุนเวียนถัดไป อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ไม่สามารถใช้โดยตรงในกระบวนการขนาดของกระแสลบในระบบน้ำได้ในฐานะสารเติมลิเธียมล่วงหน้า เนื่องจากความกระตือรือร้นสูง ดังนั้น การปรับปรุงกระบวนการของสารประกอบอัลลอยด์ลิเธียมให้สามารถใช้โดยตรงในระบบน้ำได้จึงมีความสำคัญอย่างมากในทางปฏิบัติ

3. คลิปโมเลกุลของลิเธียม – สารประกอบอะโรมาติกขับเคลื่อนการเสริมลิเธียม

สารประกอบการตัดโมเลกุลของโลหะลิเธียมที่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ลดลงต่างๆ สำหรับวัสดุที่มีซิลิกอนซึ่งมีศักยภาพต่ำ การขาดการลดลงของตัวทำละลายอินทรีย์จะนำไปสู่การเพิ่มลิเธียมที่ใช้งานไม่เพียงพอในวัสดุที่มีซิลิกอน ในขณะเดียวกัน วิธีการนี้มีลักษณะของความเสถียรที่ดี ความปลอดภัยสูง และปฏิกิริยาที่อ่อนโยน ดังนั้นการเลือกสารเคมีที่เหมาะสมสำหรับการเสริมลิเธียมจึงเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

Yan และคณะใช้ไบฟีนิล (Bp) และลิเธียมทองคำเพื่อสร้างสารเคมี LiBp ในสารละลายเตตระไฮโดรฟูแรน SiOx/C ถูกทำให้ร้อน คนผสม และกรองเพื่อให้ได้สารประกอบ LIBP-SiOX /C ในสารเคมีนี้ หลังจากการบำบัดด้วยความร้อน LIBP-SiOx /C จะเปลี่ยนเป็น LixSiOy และกระจายอย่างสม่ำเสมอใน SiOx/C ซึ่งสามารถยับยั้งการบริโภคลิเธียมไอออนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุนี้มีความจุสูงและความเสถียรในรอบ ในฐานะที่เป็นวัสดุลบ แบตเตอรี่ที่เคลือบอ่อนที่เตรียมโดยการจับคู่กับวัสดุบวก LinI0.8Co0.1Mn0.1O2 มีความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 301Wh /kg และอัตราการเก็บรักษาความจุ 93.3% หลังจาก 100 รอบ Wang และคณะเตรียมตัวทำละลายการเสริมลิเธียม LiBp โดยการละลายลิเธียมทองคำ ไบฟีนิล และสารละลายเตตระไฮโดรฟูแรน และศักยภาพการลดลงต่ำที่ 0.41 V สามารถลดสารที่ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในขณะเดียวกัน สารเคมี LiBp มีความเสถียรสูงในบรรยากาศอากาศที่มีความชื้นบางอย่าง สามารถเพิ่ม ICE ของวัสดุอิเล็กโทรดฟอสฟอรัสและคาร์บอนเป็น 94% มีมูลค่าใช้ในอุตสาหกรรมบางอย่าง Shen และคณะโดยการใช้ลิเธียมแนฟทาเลนเป็นสารเคมีการเสริมลิเธียมเพื่อเตรียมอิเล็กโทรดนาโน Si การลดการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ประมาณ 1,500 mAh/g ทำให้ประสิทธิภาพในสัปดาห์แรกของอิเล็กโทรด Si ดีขึ้นเป็น 96.1% อิเล็กโทรดการเสริมลิเธียมและอิเล็กโทรด Si/Li2S-PAN ที่เกี่ยวข้องถูกใช้ในการประกอบแบตเตอรี่เต็มรูปแบบโดยมีประสิทธิภาพแรกที่ 93.1% และความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 710 Wh/kg สารเคมีลิเธียมแนฟทาเลนมีความปลอดภัยและราคาถูกกว่าสารเคมีลิเธียมทั่วไป และความลึกของลิเธียมสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมอุณหภูมิและเวลา

เมื่อเปรียบเทียบกับการศึกษาเพียงอย่างเดียวเกี่ยวกับสารเคมีลิเธียมแนฟทาเลน Jang และคณะทำให้ศักยภาพการลด Li+ ในสารเคมีอินทรีย์สามารถควบคุมได้โดยการเลือกสารเคมีอินทรีย์ไบฟีนิลชุดหนึ่งและแนะนำกลุ่มฟังก์ชันที่แตกต่างกันในตำแหน่งวงแหวนเบนซีนที่แตกต่างกัน ศักยภาพการลดต่ำเป็นประโยชน์ต่อ Li+ ในการเข้าร่วมการก่อตัวของ SEI ของวัสดุอิเล็กโทรดที่มีซิลิกา และยังสามารถทำงานโดยตรงในกระบวนการลิเธียมของวัสดุอิเล็กโทรดที่มีซิลิกาในกระบวนการเสริมลิเธียม โดยการควบคุมเวลาการแช่ของวัสดุอิเล็กโทรดในสารเคมีอินทรีย์ของระบบ ICE ของวัสดุสามารถเพิ่มขึ้นเป็นเกือบ 100%

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าสารเคมีลิเธียมอินทรีย์ที่สร้างขึ้นโดยการตัดโมเลกุลของสารเคมีอินทรีย์สามารถสร้างผลกระทบในการเสริมลิเธียมที่ดีต่อวัสดุอิเล็กโทรดลบ แม้แต่วัสดุที่มีซิลิกอนที่มีศักยภาพต่ำ อย่างไรก็ตาม สารเคมีอินทรีย์เองมีราคาแพงและมีความเป็นพิษบางอย่าง ซึ่งมีต้นทุนในการเปลี่ยนเทคโนโลยีสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ที่มีอยู่ ดังนั้นจึงยังต้องการการปรับปรุงทางเทคโนโลยีเพิ่มเติมในกรณีที่มีการใช้งานในขนาดใหญ่

4. สรุปและแนวโน้ม

วัสดุหลักที่ใช้ในแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือกราไฟต์ ด้วยการปรับปรุงมาตรฐานแบตเตอรี่ ความจุเฉพาะและอายุการใช้งานของวัสดุต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม เทคโนโลยีการลิเธียมก่อนสามารถปรับปรุงความหนาแน่นพลังงานโดยรวมของแบตเตอรี่และลดการสูญเสียไอออนลิเธียมในระหว่างรอบอิเล็กโตรเคมีครั้งแรก

1) ในการเสริมลิเธียมด้วยลิเธียมโลหะ มีสองวิธีในการใช้ลิเธียมโลหะ: การสัมผัสโดยตรงและการสัมผัสร่วมกัน อิเล็กโทรด 3 ชั้นที่เตรียมจากผงลิเธียมโลหะที่มีเสถียรภาพและฟอยล์ลิเธียมที่ผ่านการรีดมีการใช้งานเชิงพาณิชย์ในปริมาณมาก แต่มีข้อเสียคือการลิเธียมก่อนที่ไม่สม่ำเสมอและต้นทุนสูง การเติมลิเธียมของแผ่นลิเธียมโลหะเกี่ยวข้องกับการเพิ่มอุปกรณ์ควบคุมวงจรภายนอกและต้นทุนเวลาในการเติมลิเธียม ซึ่งไม่เอื้อต่อความต้องการในการลดต้นทุนในอุตสาหกรรม การสัมผัสแบบลัดวงจรอาจเผชิญกับปรากฏการณ์การลิเธียมที่ไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น ข้อดีโดยรวมของกระบวนการต่างๆ การใช้ลิเธียมโลหะในกระบวนการชั้นลิเธียมยังคงต้องได้รับการปรับปรุง

2) ลิเธียมโลหะทดแทนแทนที่ลิเธียมด้วยลิเธียมอัลลอยด์ สารประกอบซิลิกอนลิเธียมอัลลอยด์ถูกเพิ่มลงในวัสดุแอโนดในรูปแบบของสารเติมแต่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีความกระตือรือร้นสูง จึงยากที่จะมีเสถียรภาพในอากาศเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้สารละลายระบบน้ำโดยตรง กระบวนการเคลือบยังคงต้องได้รับการปรับปรุง

3) ตัวทำละลายอินทรีย์ลิเธียม ซึ่งเป็นตัวแทนโดยสารเคมีลิเธียมแนฟทาเลน มีศักยภาพการลดต่ำและสามารถทำหน้าที่ได้ดีในการเติมลิเธียมให้กับวัสดุที่มีพื้นฐานจากซิลิกอนที่มีศักยภาพต่ำ อย่างไรก็ตาม กระบวนการเติมลิเธียมจริงเกี่ยวข้องกับการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์และการเพิ่มขั้นตอนทางเทคโนโลยี ซึ่งเพิ่มความยากในการใช้งานในระดับหนึ่ง การขยายขอบเขตการใช้งานและการลดต้นทุนต้องการการปรับปรุงกระบวนการเพิ่มเติม