Wanneer de batterij volledig is opgeladen, een elektronisch apparaat geeft normaal gesproken aan dat het op 100% capaciteit is. Echter, deze waarde vertegenwoordigt slechts 70-90% van de theoretische energiedichtheid die in de batterijen kan worden opgeslagen, vanwege het permanente verlies van Li-ionen dat optreedt tijdens de initiële lading in de stabilisatie- (vormings)fase van de batterijproductie. Door dit initiële verlies van Li-ionen te voorkomen, het aantal kilometers van elektrische voertuigen (EV's) en de gebruikstijd van smartphones kunnen drastisch worden verhoogd.

In een poging om dit probleem op te lossen, een gezamenlijk onderzoeksteam van het Korea Institute of Science and Technology (KIST), onder leiding van Dr. Minah Lee van het Center for Energy Storage Research, Dr. Jihyun Hong van het Center for Energy Materials Research, en Dr. Hyangsoo Jeong van het Center for Hydrogen-Fuel Cell Research, heeft een elektrodevoorbehandelingsoplossing ontwikkeld die dit initiële Li-ionverlies in grafiet-siliciumoxide (SiO _x , 0,5 ≤ x ≤ 1,5) composietanoden. Na te zijn ondergedompeld in de oplossing, de anode, die was samengesteld uit 50% SiO _x , aangetoond verwaarloosbaar Li-verlies, waardoor een volledige cel een bijna ideale energiedichtheid kan vertonen.

Hoewel de meeste commerciële Li-batterijen een grafietanode hebben, SiO _x heeft aanzienlijke aandacht gekregen als materiaal van de volgende generatie voor anoden vanwege zijn hoge capaciteit, wat vijf tot tien keer groter is dan grafiet. Nog, SiO _x verbruikt ook onomkeerbaar drie keer zoveel actieve Li als grafiet. Als resultaat, een samengestelde elektrode, bestaande uit een mengsel van grafiet en SiO _x , wordt nu erkend als een alternatief voor praktische anodes van de volgende generatie. Echter, terwijl er een overeenkomstige toename was in de capaciteit van grafiet-SiO _x composietelektroden bij hogere verhoudingen van SiO _x , er was ook een toename van het verlies van initiële Li. Bijgevolg, de verhouding van SiO _x inhoud in een grafiet-SiO _x composietelektrode was beperkt tot 15%, omdat het verhogen van de verhouding tot 50% zou resulteren in een aanvankelijk Li-verlies van 40%.

Om tegelijkertijd een hoge capaciteit en een hoge initiële efficiëntie te bereiken, wetenschappers stelden verschillende prelithiatiemethoden voor waarbij extra Li in de anode werd gedoteerd. Het onderzoeksteam van Dr. Minah Lee bij KIST ontwikkelde een proces waarbij de elektrode in een unieke oplossing wordt gedompeld om het Li-verbruik door de SiO te verminderen _x elektrode. Het team paste dit proces vervolgens toe op een grafiet-SiO _x composietmateriaal met een aanzienlijk commercialiseringspotentieel.

Het onderzoeksteam ontdekte dat de eerder ontwikkelde voorbehandelingsoplossingen de onbedoelde insertie van oplosmiddelmoleculen met Li-ionen in het grafiet zouden veroorzaken, dankzij de veelzijdige intercalatiemogelijkheden van het grafiet. Deze intercalatie van grote oplosmiddelmoleculen resulteerde in de structurele afbraak van het grafiet-SiO _x composiet elektrode. Om elektrodestoring te voorkomen, de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe oplossing met een zwak oplossend oplosmiddel om de interactie tussen het oplosmiddel en de Li-ionen te verminderen. Deze oplossing maakte de selectieve invoeging van Li-ionen in de actieve materialen mogelijk, zorgen voor een stabiele toevoer van extra Li naar het grafiet-SiO _x composiet elektrode.

Het initiële Li-verbruik werd volledig voorkomen na de grafiet-SiO _x elektrode werd gedurende ongeveer 1 minuut ondergedompeld in de door het onderzoeksteam ontwikkelde oplossing, zelfs bij 50% SiO _x verhouding. Bijgevolg, de elektrode vertoonde een hoge initiële efficiëntie van bijna 100%, wat wijst op een verwaarloosbaar Li-verlies (≤ 1%) in de initiële lading. Elektroden die via dit proces werden ontwikkeld, hadden een capaciteit die 2,6 keer hoger was dan die van conventionele grafietanodes, terwijl ook 87,3% van de initiële capaciteit behouden blijft na 250 laad-/ontlaadcycli.

Dr. Minah Lee van KIST zei:"Als resultaat van dit onderzoek we zouden de SiO . moeten kunnen verhogen _x inhoud in grafiet-SiO _x composietanoden tot meer dan 50%, in tegenstelling tot de 15%-verhouding toegestaan ​​door conventionele materialen, waardoor het mogelijk wordt om lithium-ionbatterijen met een grotere capaciteit te produceren en het aantal kilometers van toekomstige EV's te verbeteren." Dr. Jihyun Hong, een co-onderzoeker bij KIST, zei ook, "De technologie is veilig en geschikt voor massaproductie, en zal daarom waarschijnlijk worden gecommercialiseerd."