改善鋰離子電池的充放電倍率方法有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-01 09:39
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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(zhì)內(nèi)部的脫嵌和嵌入的速率，也就是鋰離子從正/負極活性物質(zhì)里面跑出來的速度，或者從正/負極表面進入活性物質(zhì)內(nèi)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(zhì)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(jié)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(jié)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(zhì)內(nèi)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?jīng)]有，這就要優(yōu)化正極材料的結(jié)構(gòu)，改變粒子之間的距離和結(jié)構(gòu)，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(zhì)，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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)，就可以顯著的改善負極材料的比表面積、內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)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(guān)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。
鋰離子要在正、負極之間來回穿梭，就如同在電解質(zhì)和電池殼體所構(gòu)成的“游泳池”里面游泳，電解質(zhì)的離子電導率如同水的阻力一樣，對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)，其離子電導率都不是很高。電解質(zhì)的電阻成為整個電池電阻的重要組成部分，對鋰離子電池高倍率性能的影響不容忽視。
