电化学提锂中的法拉第材料：进展、挑战与性能强化方法

摘要

电动汽车行业的快速增长导致锂产品需求激增，推动了先进锂提取技术的发展。其中，电化学提锂技术因其优异锂选择性(相较于竞争性阳离子，如Na⁺和Mg²⁺)、高能效和环境可持续性被认为具有发展前景。关于法拉第材料、操作模式/参数和装置构型的研究已大量发表。尽管已有一些关于电化学提锂技术的综述发表，但仍缺乏系统性总结电化学提锂中法拉第材料研究进展、分析其固有性质如何影响提锂性能并阐明性能增强策略与关键提锂性能指标之间联系的全面综述。在此，我们系统地介绍了电化学提锂技术的原理并汇总了文献中涉及的所有性能指标，包括锂离子嵌入容量、锂离子提取速率、容量保持率、选择性系数（或纯度）、能耗和电流效率。我们全面分析了用于电化学提锂的法拉第材料，其中包括LiFePO₄、LiMn₂O₄、层状镍钴锰氧化物、Li₃V₂（PO₄）₃和Li_1.6Mn_1.6O₄，构建了其性质与性能间的内在关系，并比较了每种材料的优缺点。此外，我们对不同的性能增强策略进行了分类和评估，包括材料设计方法（如3D结构制造、晶体调控、元素掺杂和表面包覆），以及涉及进水流向、充放电模式和操作参数等方面的条件优化方法，并进一步阐明了每种方法如何影响电化学提锂的某一/某些性能及其内在影响机制。我们同时综述了基于每种法拉第材料的电化学提锂技术的工业化进展及材料成本。本综述旨在通过建立材料设计、操作条件优化和性能结果间的联系，为从事新型电化学提锂法拉第材料研究的学者和工程师提供有价值的见解，并启发法拉第材料开发和工艺优化的创新方法，为实现更可持续和更具成本效益的卤水锂资源开发提供参考。

关键词

法拉第材料 / 提锂 / 性能强化 / 电化学方法

基金资助

国家自然科学基金(U23A20119,92475207); 天津市教委科研计划(2024KJ149)资助项目