限制鋰電池的充放電倍率性能原因有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-11 11:30
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鋰電池的充放電倍率性能，與鋰離子在正負(fù)極、電解液、以及他們之間界面處的遷移能力直接相關(guān)，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(nèi)阻），都會(huì)影響鋰離子電池的充放電倍率性能。此外，電池內(nèi)部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個(gè)重要因素，如果散熱速率慢，大倍率充放電時(shí)所積累的熱量無法傳遞出去，會(huì)嚴(yán)重影響鋰電池的安全性和壽命。因此，研究和改善鋰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(nèi)部的散熱速率兩個(gè)方面著手。
1.鋰電池的內(nèi)阻
一般在正極活性物質(zhì)內(nèi)部會(huì)添加導(dǎo)電劑，從而降低活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與正極基體/集流體的接觸電阻，改善正極材料的電導(dǎo)率（離子和電子電導(dǎo)率），提升倍率性能。不同材料不同形狀的導(dǎo)電劑，都會(huì)對(duì)鋰電池的內(nèi)阻產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其倍率性能。
正負(fù)極的集流體（極耳）是鋰離子電池與外界進(jìn)行電能傳遞的載體，集流體的電阻值對(duì)電池的倍率性能也有很大的影響。因此，通過改變集流體的材質(zhì)、尺寸大小、引出方式、連接工藝等，都可以改善鋰電池的倍率性能和循環(huán)壽命。
此外，隔離膜的吸液率和孔隙率也對(duì)鋰離子的通過性有較大的影響，也會(huì)一定程度上影響鋰電池的倍率性能（相對(duì)較小）。
鋰電池電解質(zhì)與正負(fù)極材料的浸潤(rùn)程度，會(huì)影響電解質(zhì)與電極界面處的接觸電阻，從而影響電池的倍率性能。電解質(zhì)的總量、粘度、雜質(zhì)含量、正負(fù)極材料的孔隙等，都會(huì)改變電解質(zhì)與電極的接觸阻抗，是改善倍率性能的重要研究方向。
2.電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率
電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率如同水的阻力一樣，對(duì)鋰離子游泳的速度有非常大的影響。目前鋰離子電池所采用的有機(jī)電解質(zhì)，不管是液體電解質(zhì)，還是固體電解質(zhì)，其離子電導(dǎo)率都不是很高。電解質(zhì)的電阻成為整個(gè)電池電阻的重要組成部分，對(duì)鋰電池高倍率性能的影響不容忽視。
除了提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率之外，還需要著重關(guān)注電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。在大倍率充放電時(shí)，電池的電化學(xué)窗口變化范圍非常寬，如果電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性不好，容易在正極材料表面氧化分解，影響電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。
3.正、負(fù)極的鋰電池?cái)U(kuò)散能力
鋰電池在正/負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)部的脫嵌和嵌入的速率，也就是鋰離子從正/負(fù)極活性物質(zhì)里面跑出來的速度，或者從正/負(fù)極表面進(jìn)入活性物質(zhì)內(nèi)部找個(gè)位置“安家”的速度到底有多快，這是影響充放電倍率的一個(gè)重要因素。
影響鋰電池高倍率充放電性能的因素：
容量，容量保持能力差是鋰電池負(fù)極在高倍率充放過程中的最大問題，這主要與電極材料的結(jié)構(gòu)、顆粒大小、電極導(dǎo)電性和電極表面SEI膜的穩(wěn)定性等因素有關(guān)。
材料尺寸，鋰電池負(fù)極材料的尺寸直接關(guān)系著鋰離子在其中擴(kuò)散路徑的長(zhǎng)短，對(duì)電極高倍率性能產(chǎn)生很大的影響。
電極表面電阻，鋰離子在嵌入負(fù)極的過程中，首先要擴(kuò)散到固體電解質(zhì)相界面膜(SEI膜)與負(fù)極材料的界面處，因此電極表面電阻相當(dāng)于鋰離子擴(kuò)散過程中的一道門檻，影響著鋰離子的嵌入和脫出，尤其在高倍率充放電時(shí)更加明顯。
