鋰離子電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。當然，這個存儲和釋放的過程是可控的，是安全的，不會顯著影響電池的壽命和其他性能指標。

 

　　倍率指標，在電池作為電動工具，尤其是電動交通工具的能量載體時，顯得尤為重要。設想一下，如果你開著一輛電動車去辦事，半路發(fā)現(xiàn)快沒電了，找個充電站充電，充了一個小時還沒充滿，估計要辦的事情都耽誤了。又或者你的電動汽車在爬一個陡坡，無論怎么踩油門(電門)，車子卻慢的像烏龜，使不上勁，自己恨不得下來推車。

 

　　顯然，以上這些場景都是我們不希望看到的，但是卻是當前鋰離子電池的現(xiàn)狀，充電耗時久，放電也不能太猛，否則電池就會很快衰老，甚至有可能發(fā)生安全問題。但是在許多的應用場合，我們都需要電池具有大倍率的充放電性能，所以我們又一次卡在了“電池”這兒。為了鋰離子電池獲得更好的發(fā)展，我們有必要搞清楚，都是哪些因素在限制電池的倍率性能。簡析鋰離子電池的兩大性能指標：能量密度與充放電倍率

　　鋰離子電池的充放電倍率性能，與鋰離子在正負極、電解液、以及他們之間界面處的遷移能力直接相關，一切影響鋰離子遷移速度的因素(這些影響因子也可等效為電池的內阻)，都會影響鋰離子電池的充放電倍率性能。此外，電池內部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個重要因素，如果散熱速率慢，大倍率充放電時所積累的熱量無法傳遞出去，會嚴重影響鋰離子電池的安全性和壽命。因此，研究和改善鋰離子電池的充放電倍率性能，主要從提高鋰離子遷移速度和電池內部的散熱速率兩個方面著手。

 

　　1. 提高正、負極的鋰離子擴散能力

 

　　鋰離子在正/負極活性物質內部的脫嵌和嵌入的速率，也就是鋰離子從正/負極活性物質里面跑出來的速度，或者從正/負極表面進入活性物質內部找個位置“安家”的速度到底有多快，這是影響充放電倍率的一個重要因素。

 

　　舉個例子，全球每年都有會很多的馬拉松比賽，雖然大家基本同一時間出發(fā)，可是道路寬度有限，參與的卻人很多(有時多達上萬人)，造成相互擁擠，加上參與人員的身體素質參差不齊，比賽的隊伍最后會變成一個超長的戰(zhàn)線。有人很快到達終點，有人晚到幾個小時，有人跑到昏厥，半路就歇菜了。

 

　　鋰離子在正/負極的擴散和移動，與馬拉松比賽基本差不多，跑得慢的，跑得快的都有，加上各自選擇的道路長短不一，嚴重制約了比賽結束的時間(所有人都跑完)。所以呢，我們不希望跑馬拉松，最好大家都跑百米，距離足夠短，所有人都可以快速達到終點，另外，跑道要足夠的寬，不要相互擁擠，道路也不要曲折蜿蜒，直線是最好的，要降低比賽難度。如此一來，裁判一聲令響，千軍萬馬一起奔向終點，比賽快速結束，倍率性能優(yōu)異。在正極材料處，我們希望極片要足夠的薄，也就是活性材料的厚度要小，這樣等于縮短了賽跑的距離，所以希望盡可能的提高正極材料壓實密度。在活性物質內部，要有足夠的孔間隙，給鋰離子留出比賽的通道，同時這些“跑道”分布要均勻，不要有的地方有，有的地方沒有，這就要優(yōu)化正極材料的結構，改變粒子之間的距離和結構，做到均勻分布。以上兩點，其實是相互矛盾的，提高壓實密度，雖然厚度變薄，但是粒子間隙會變小，跑道就會顯得擁擠，反之，保持一定的粒子間隙，不利于把材料做薄。所以需要尋找一個平衡點，以達到最佳的鋰離子遷移速率。

 

　　此外，不同材料的正極物質，對鋰離子的擴散系數(shù)有顯著影響。因此，選擇鋰離子擴散系數(shù)比較高的正極材料，也是改善倍率性能的重要方向。

 

　　負極材料的處理思路，與正極材料類似，也是主要從材料的結構、尺寸、厚度等方面著手，減小鋰離子在負極材料中的濃度差，改善鋰離子在負極材料中的擴散能力。以碳基負極材料為例，近年來針對納米碳材料的研究(納米管、納米線、納米球等)，取代傳統(tǒng)的負極層狀結構，就可以顯著的改善負極材料的比表面積、內部結構和擴散通道，從而大幅度提升負極材料的倍率性能。

 

　　2. 提高電解質的離子電導率

 

　　鋰離子在正/負極材料里面玩的是賽跑，在電解質里面的比賽項目卻是游泳。

 

　　游泳比賽，如何降低水(電解液)的阻力，就成為速度提升的關鍵。近年來，游泳運動員普遍穿著鯊魚服，這種泳衣可以極大的降低水在人體表面形成的阻力，從而提高運動員的比賽成績，并且成為非常有爭議的話題。

 

簡析鋰離子電池的兩大性能指標：能量密度與充放電倍率