一：鋰電池發(fā)展目標(biāo)

1、更快的充電速度，當(dāng)前智能手機(jī)的充電倍率普遍在1C，而最大充電倍率已經(jīng)達(dá)到6C，最快16min即可將手機(jī)充至滿電；

2、更高的能量密度，目前4.45V體系平臺(tái)已經(jīng)成熟商業(yè)化，4.48V甚至更高的電壓平臺(tái)成為了熱門的研究方向；

3、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，過(guò)去幾年3C鋰離子電池的使用壽命要求為500次循環(huán)，而目前各大廠商已經(jīng)將其提高至800次循環(huán)。

在鋰離子電池中，Li主要包括Li+從正極材料中脫出、Li+在電解液中遷移、Li+通過(guò)隔膜、Li+嵌入負(fù)極以及Li+在負(fù)極材料內(nèi)部的擴(kuò)散。提高鋰離子電池的性能一般需要考慮：

（1）負(fù)極材料

石墨材料具有二維層狀結(jié)構(gòu)以及低電壓平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)，層間C-C間距可達(dá)0.340nm，且Li+可嵌入石墨的層間，形成層間化合物L(fēng)ixC6，成為最常用的負(fù)極材料之一。

石墨的層狀結(jié)構(gòu)使得Li+必須從石墨的端頭嵌入，繼而擴(kuò)散至顆粒內(nèi)部，增長(zhǎng)了擴(kuò)散路徑。小的層間距使得Li+的擴(kuò)散速率較低，在進(jìn)行大倍率充電時(shí)，Li+容易在石墨表面沉積形成大量鋰枝晶，造成安全隱患。常用表面包覆改性來(lái)改善材料的性能。

軟硬碳的層間距比石墨稍大，有利于鋰離子的擴(kuò)散，通常石墨表層包覆軟硬碳改善石墨的電化學(xué)性能，即通過(guò)表面修飾作用，在石墨表面形成無(wú)定形結(jié)構(gòu)的碳層，增加了鋰離子通道，改善鋰離子擴(kuò)散，提升其倍率性能。在設(shè)計(jì)鋰離子電池時(shí)，通常采用小顆粒以及軟硬碳包覆的負(fù)極材料。

（2 ）電解液

高濃度電解液表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。為了更好地實(shí)現(xiàn)電池性能，應(yīng)選擇具有高濃度、高電導(dǎo)率以及低粘度的電解液。

（3 ）隔膜

隔膜的質(zhì)量決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的倍率、循環(huán)以及安全性能等特性。為確保隔膜具有電子絕緣性、低電阻、高離子電導(dǎo)率、耐電解液腐蝕、高浸潤(rùn)性等性能，在選用隔膜時(shí)主要考察隔膜的厚度、孔隙率、透氣率、浸潤(rùn)度、孔徑、穿刺強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等指標(biāo)。其中隔膜的厚度、孔隙率和透氣度對(duì)鋰離子電池快充影響較大。厚度薄，孔隙率大，透氣度高時(shí)，鋰離子從正極傳輸?shù)截?fù)極的阻礙就小，充電過(guò)程中的極化作用就小。隔膜的厚度和孔隙率影響著鋰離子電池的充電性能。在設(shè)計(jì)電池時(shí)，一般選擇薄的和高孔隙率的隔膜。

（4）極耳結(jié)構(gòu)

鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)其制作方式主要分為4種：普通結(jié)構(gòu)、極耳中置結(jié)構(gòu)、多極耳結(jié)構(gòu)、疊片結(jié)構(gòu)。

極耳的位置對(duì)于鋰離子電池內(nèi)阻以及倍率有明顯的影響，極耳處于正負(fù)極的中間時(shí)，電池的內(nèi)阻以及倍率性能最好，其性能接近疊片工藝的電池。

在電池倍率性能方面，二者的小倍率性能差異不大，大倍率差異明顯。其主要原因是極耳中置結(jié)構(gòu)極耳在極片的中部，放電過(guò)程中電子從中間向兩端擴(kuò)散，電流較小時(shí)，載體通過(guò)電子能力足夠，而大倍率時(shí)，電子數(shù)目過(guò)多，通道阻塞，導(dǎo)致其大倍率性能差，同時(shí)極片也會(huì)產(chǎn)熱，導(dǎo)致其循環(huán)性能差。

多極耳結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)有：進(jìn)一步降低電池阻抗，提高電池大倍率充放電性能，支持5C~10C放電；有效降低電池高倍率放電下的溫升，10C放電電池表面溫升低于20℃；電池溫度低，顯著增加電池循環(huán)使用壽命。多極耳卷繞電池的內(nèi)阻比極耳中置電池小很多，其恒流充電容量占總?cè)萘康陌俜直纫草^大。

相比多極耳卷繞，疊片電池每層都引出一個(gè)極耳，此種結(jié)構(gòu)制作的電池快充性能是目前各種結(jié)構(gòu)中最高的。

（5）設(shè)計(jì)因素

鋰離子電池的性能與電池的設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系，極片涂布量、壓實(shí)密度、銅箔鋁箔的厚度、極耳的尺寸、極片的寬窄等均對(duì)電池的快充性能有很大的影響。電池面密度以及壓實(shí)密度對(duì)電池的倍率、循環(huán)等性能影響比較明顯，快充型鋰離子電池需要低面密度設(shè)計(jì)，而壓實(shí)密度過(guò)高或者過(guò)低均會(huì)導(dǎo)致其性能差，壓實(shí)密度過(guò)高，極片活性物質(zhì)被“壓死”，導(dǎo)致其循環(huán)容量迅速跳水，而壓實(shí)密度過(guò)低，導(dǎo)致其活性物質(zhì)之間的接觸不夠，電池的阻抗較大，導(dǎo)致其性能較差。

不同箔材厚度對(duì)于鋰離子電池性能的影響，厚的箔材由于其導(dǎo)電性更好，電池的阻值、倍率等性能均優(yōu)于薄箔材，但是由于其厚度增加，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電池能量密度的降低。另外，電池極片的長(zhǎng)短、寬度以及電池的大小也會(huì)對(duì)電池的性能有一定的影響。

（6）其他因素

構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)能夠優(yōu)化電極材料的電學(xué)性能，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋰電池具有現(xiàn)實(shí)意義。

粘結(jié)劑作為鋰離子電池的輔料，在電池中的用量非常少，但其對(duì)于電池性能的影響非常大，其主要作用是改善電池的阻值，提升電池的性能以及壽命。通過(guò)采用不同的合成方法以及調(diào)整SBR的表面可以提升電解液對(duì)于SBR的浸潤(rùn)性，達(dá)到提升電池的低溫以及倍率性能的目的。

通過(guò)對(duì)鋰離子電池集流體進(jìn)行導(dǎo)電涂層改性，集流體與鋰離子電池的活性物質(zhì)之間的粘結(jié)力大幅度提升，電池的阻抗明顯減小，可以明顯提升鋰離子電池的大倍率充放電性能。另外，在實(shí)際使用過(guò)程中，改性載體的使用還可以改善極片頭尾厚度差異大的問(wèn)題，可以進(jìn)一步提升鋰離子電池的壽命。

鋰離子電池的充電過(guò)程分成兩步，第一步恒流充電至電池最大電壓，第二步是在該電壓下恒壓充電，恒壓充電過(guò)程中電流逐漸減小，當(dāng)電流減小至設(shè)定電流時(shí)即結(jié)束充電，恒壓充電階段時(shí)間長(zhǎng)且充入的容量少，高壓過(guò)充的思路就是減小恒壓充電，增大恒流充電比例。

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