提高鋰離子電池能量密度的方法你知道有哪些嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-16 19:57
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1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
提高鋰離子電池的比能量從結(jié)構(gòu)上講，要提高正負(fù)極活性物質(zhì)在鋰離子電池中所占的比例。鋰離子電池主要由正負(fù)極活性物質(zhì)、隔膜、銅箔、鋁箔和殼體及結(jié)構(gòu)件等部分組成，其中真正能夠?yàn)殇囯x子電池提供容量的只有活性物質(zhì)，因此提高活性物質(zhì)在鋰離子電池中所占的比重才是最有效的提高鋰離子電池手段。例如最近特斯拉在大力推動(dòng)的21700電池，就是通過使用直徑更大的電芯(21mm)，增加電芯的高度(70mm)提高活性物質(zhì)占比，減少結(jié)構(gòu)件等非活性材料的比重，提高鋰離子電池的比能量，降低單位瓦時(shí)成本。此外軟包電池也是減少結(jié)構(gòu)件重量的有效方法，通過使用鋁塑膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制外殼，可以極大的減少結(jié)構(gòu)件在鋰離子電池中所占的比重。
除了增大鋰離子電池的直徑，另外一個(gè)有效提高鋰離子電池比能量的方法是減少隔膜的厚度，目前常見的PP-PE-PP三層復(fù)合隔膜的厚度一般達(dá)到30um以上，達(dá)到正負(fù)極極片的厚度的20%左右，這也造成了嚴(yán)重的空間浪費(fèi)，為了減少隔膜所占的空間，目前廣大鋰離子電池廠家普遍采用帶有涂層的薄隔膜，這些隔膜的厚度可達(dá)到20um以下，可以在保證鋰離子電池安全的前提下，顯著的減少隔膜所占的體積比例，提高活性物質(zhì)占比，提高鋰離子電池比能量。
另外的一種增加活性物質(zhì)比例的方法是從電池的生產(chǎn)工藝的角度入手，首先是增加活性物質(zhì)在電極中占比。一般鋰離子電池的電極主要由四大部分組成，活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體組成，為了提高活性物質(zhì)比例，就需要降低其他部分的比例，通過采用新型導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑從而減少導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的比例，采用更薄的集流體來減少非活性物質(zhì)的所占的比例。其次，需要提高正負(fù)極的涂布量，但是提高電極的涂布量還面臨的一個(gè)問題：當(dāng)電極過厚時(shí)會(huì)造成電極的Li+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)條件變差，影響鋰離子電池的倍率和循環(huán)性能，為了解決這一問題德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Boris Bitsch等[1]利用毛細(xì)懸濁液和多層電極工藝制備了具有梯度孔隙率的高性能厚電極。在靠近銅箔的低層，Boris Bitsch等采用了普通漿料，使得其具有較低的孔隙率和良好的導(dǎo)電性，而在遠(yuǎn)離銅箔的表層，Boris Bitsch則采用了毛細(xì)懸濁液漿料，并向其中添加了1-辛醇，使其孔隙率明顯增加，改善了電極的動(dòng)力學(xué)條件，從而使得該電極的孔隙率自下而上呈現(xiàn)出逐漸增加的特性，顯著改善了厚電極的動(dòng)力學(xué)條件，提高了厚電極的電化學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)了在提高電池重量和體積比能量的同時(shí)不降低電池的循環(huán)性能。
