Catalyst‐Mediated Interfacial Prelithiation for Energy/Power‐Dense and Ultralong‐Life Lithium Batteries

材料科学 阳极 聚丙烯腈 阴极 电解质 化学工程 锂(药物) 降级(电信) 氧化还原 相间 双层 电极 多硫化物 复合数 储能 动力学 图层(电子) 电化学 电压 结构稳定性 硫黄 纳米技术 电池(电)
作者
Ahu Shao,Chunwei Li,Jiacheng Liu,Zhiqiao Wang,Qiurong Jia,Xin Wang,Zhaohui Wang,Jian‐Gan Wang,Fei Xu,Yue Ma
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.76790
摘要

ABSTRACT The irreversible cation depletion and interfacial degradation fundamentally limit the practical energy output and cycling endurance of lithium‐free anode batteries. Here, we propose a catalyst‐mediated interfacial prelithiation strategy that offsets irreversible lithium loss, precisely optimizes Li + kinetics and interfacial stability for energy/power‐dense cell prototypes. The sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) catalyst, featuring electron‐withdrawing sulfur sites, facilitates C‐C bond cleavage through S‐Li interactions. The Li 2 C 2 O 4 @SPAN composite delivers a delithiation voltage of 3.90 V and a highly efficient Li utilization of 99.5%. When paired with the LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cathode, the prelithiation layer achieves Li + replenishment areal capacities up to 1.1 mAh cm −2 . Furthermore, the bilayer configuration spatially isolates prelithiation agents from the cathode's redox center, alleviating the gas‐induced structural collapse and stress accumulation. Meanwhile, the SPAN‐derived ROSO 3 Li species form a robust cathode interphase with LiF domains, accelerating Li + transport and stabilizing the 4.5 V charging process. Under the lean‐electrolyte condition (1.7 g Ah −1 ) in 1.28 Ah pouch cells, the Cu||NCM811‐LS prototype achieves gravimetric/volumetric energy densities of 460 Wh kg −1 /1083 Wh L −1 and a peak power output of 858 W kg −1 . In addition, a 2.8 Ah Gr||NCM811 cell incorporating this prelithiation reservoir maintains a capacity retention of 88.2% over 1000 cycles. As a “drop‐in” solution requiring no changes to cell assembly, this interfacial prelithiation paradigm aligns with scalable industrial manufacturing, affording a readily adoptable path toward energy/power‐dense lithium batteries.
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