När batteriet är fulladdat, en elektronisk enhet indikerar normalt att den har 100 % kapacitet. Dock, detta värde representerar endast 70–90 % av den teoretiska energitätheten som kan lagras i batterierna, på grund av den permanenta förlusten av Li-joner som uppstår under den initiala laddningen i stabiliserings- (bildnings)stadiet av batteriproduktion. Genom att förhindra denna initiala förlust av Li-joner, körsträckan för elfordon (EV) och användningstiden för smartphones kan ökas drastiskt.

I ett försök att övervinna detta problem, ett gemensamt forskarlag vid Korea Institute of Science and Technology (KIST), ledd av Dr. Minah Lee från Center for Energy Storage Research, Dr Jihyun Hong från Center for Energy Materials Research, och Dr. Hyangsoo Jeong från Center for Hydrogen-Fuel Cell Research, har utvecklat en elektrodförbehandlingslösning som kan minimera denna initiala Li-jonförlust i grafit-kiseloxid (SiO) _x , 0,5 ≤ x ≤ 1,5) kompositanoder. Efter att ha doppats i lösningen, anoden, som bestod av 50% SiO _x , visat försumbar Li-förlust, gör det möjligt för en hel cell att uppvisa nästan idealisk energitäthet.

Medan de flesta kommersiella Li-batterier har en grafitanod, SiO _x har fått stor uppmärksamhet som nästa generations material för anoder på grund av sin höga kapacitet, vilket är fem till tio gånger större än grafit. Än, SiO _x förbrukar också irreversibelt tre gånger så mycket aktiv Li som grafit. Som ett resultat, en kompositelektrod, bestående av en blandning av grafit och SiO _x , får nu erkännande som ett alternativ för praktiska nästa generations anoder. Dock, medan det var en motsvarande ökning av kapaciteten för grafit-SiO _x kompositelektroder vid högre förhållanden av SiO _x , det fanns också en ökning av förlusten av initial Li. Följaktligen, förhållandet av SiO _x innehåll i en grafit-SiO _x kompositelektrod var begränsad till 15 %, eftersom en ökning av förhållandet till 50 % skulle resultera i en initial Li-förlust på 40 %.

För att samtidigt uppnå hög kapacitet och hög initial effektivitet, forskare föreslog olika prelithiationsmetoder som involverade fördopning av extra Li in i anoden. Dr. Minah Lees forskargrupp vid KIST utvecklade en process där elektroden doppas i en unik lösning för att minska Li-förbrukningen av SiO _x elektrod. Teamet tillämpade sedan denna process på en grafit-SiO _x kompositmaterial med betydande kommersialiseringspotential.

Forskargruppen fann att de förbehandlingslösningar som utvecklats tidigare skulle orsaka oavsiktligt införande av lösningsmedelsmolekyler med Li-joner i grafiten, tack vare grafitens mångsidiga interkaleringsförmåga. Denna interkalering av stora lösningsmedelsmolekyler resulterade i den strukturella nedbrytningen av grafit-SiO _x kompositelektrod. För att förhindra elektrodfel, forskarna utvecklade en ny lösning med ett svagt solvaterande lösningsmedel för att minska interaktionen mellan lösningsmedlet och Li-jonerna. Denna lösning möjliggjorde selektivt införande av Li-joner i de aktiva materialen, säkerställa en stabil tillförsel av ytterligare Li till grafit-SiO _x kompositelektrod.

Den initiala Li-förbrukningen förhindrades helt efter grafit-SiO _x elektroden nedsänktes i lösningen som utvecklats av forskargruppen i cirka 1 minut, även vid 50 % SiO _x förhållande. Följaktligen, elektroden visade en hög initial effektivitet på nästan 100 %, indikerar försumbar Li-förlust (≤ 1%) i den initiala laddningen. Elektroder utvecklade genom denna process hade en kapacitet 2,6 gånger högre än konventionella grafitanoder, samtidigt som den bibehåller 87,3 % av den initiala kapaciteten efter 250 laddnings-/urladdningscykler.

Dr Minah Lee från KIST sa, "Som ett resultat av denna studie, vi borde kunna öka SiO _x innehåll i grafit-SiO _x sammansatta anoder till över 50 %, i motsats till förhållandet 15 % som tillåts av konventionella material, vilket gör det möjligt att producera litiumjonbatterier med större kapacitet och förbättra körsträckan för framtida elbilar." Dr. Jihyun Hong, en medforskare vid KIST, sa också, "Tekniken är säker och lämplig för massproduktion, och därför sannolikt kommersialiseras."