我們都知道，鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加，容量會(huì)越來(lái)越少，直接表現(xiàn)就是鋰電池的性能越來(lái)越差。

哪些因素會(huì)限制鋰電池的充放電倍率性能?

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(wú)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)程中的最大問(wèn)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(guò)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(guò)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。

過(guò)放電對(duì)電池性能有何影響?

鋰電池放完內(nèi)部?jī)?chǔ)存的電量，電壓達(dá)到一定值后，繼續(xù)放電就會(huì)造成過(guò)放電，通常根據(jù)放電電流來(lái)確定放電截止電壓。0.2C-2C放電一般設(shè)定1.0V/支,3C以上如5C或10C放電設(shè)定為0.8V/支,電池過(guò)放可能會(huì)給電池帶來(lái)災(zāi)難性的后果,特別是大電流過(guò)放，或反復(fù)過(guò)放對(duì)電池影響更大。

一般而言，過(guò)放電會(huì)使鋰電池內(nèi)壓升高，正負(fù)極活性物質(zhì)可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)，容量也會(huì)有明顯衰減。

電壓

單體電壓主要的取決于單體正負(fù)極材料的類型，一般的鈷酸鋰、三元正極配合石墨負(fù)極可以獲得4.2V左右的滿充電壓，而磷酸鐵鋰最高只能達(dá)到3.6V。這里的電壓，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是電勢(shì)取決于材料屬性，電勢(shì)數(shù)值上等于靜置足夠長(zhǎng)時(shí)間以后的電池開(kāi)路電壓。而閉合回路中的單體端電壓，是我們用外部?jī)x器檢測(cè)到的電壓值，其數(shù)值等于電池電勢(shì)減去電池內(nèi)阻占?jí)?。而電池?nèi)阻并非恒定不變，會(huì)受到多種因素的影響而發(fā)生變化。

繼續(xù)說(shuō)電壓，單體電壓除了由材料決定以外，會(huì)跟隨荷電量的變化而變化，并且是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此，在很多情形下，無(wú)法直接簡(jiǎn)單測(cè)量的電池荷電量（SOC）經(jīng)常被用電池開(kāi)路電壓進(jìn)行推測(cè)。

單體電壓與電池內(nèi)部活性物質(zhì)的活躍程度有關(guān)，因此影響活躍度的溫度，也能在小范圍內(nèi)影響到單體電壓的高低。

單體電壓越高，同樣容量的電池含有的能量就越多，因此，在確保安全前提下，提高單體電壓上限值，是提高系統(tǒng)能量密度的一條技術(shù)路線。

內(nèi)阻

鋰電池內(nèi)部，鋰離子從一極運(yùn)動(dòng)到另一極，過(guò)程中阻礙離子運(yùn)動(dòng)的因素共同的組成了鋰電池的內(nèi)阻。其主要的部分包括導(dǎo)電件的物理內(nèi)阻；電機(jī)材料、隔膜和電解質(zhì)等電化學(xué)物質(zhì)固有的阻抗；電池內(nèi)部通過(guò)存在電流時(shí)臨時(shí)增加的對(duì)鋰離子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻礙；這三部分共同構(gòu)成了內(nèi)阻的主體。

內(nèi)阻對(duì)溫度最為敏感，不同溫度下，內(nèi)阻值可以發(fā)生很大變化。低溫下電池性能下降，其重要的原因之一就是低溫下電池內(nèi)阻過(guò)大造成的。

鋰電池作為一個(gè)電源，從外部看，內(nèi)阻肯定是越小越好。尤其在功率應(yīng)用情形下，小內(nèi)阻是必要的條件。

容量

鋰電池容量，可度量的容量，是在電池合理的最高最低電壓范圍內(nèi)，可以充入和放出的最大電量。在搭載到車輛上之前，單體的容量可以用充放電的方式去測(cè)量。一旦上車以后，電池容量只能依靠算法估計(jì)。在電池管理系統(tǒng)BMS中，準(zhǔn)確估計(jì)電池荷電狀態(tài)SOC是其設(shè)計(jì)水平的重要指征。當(dāng)前為人們熟知的做法是對(duì)于動(dòng)態(tài)工作情形下，對(duì)回路電流安時(shí)積分，在非工作狀態(tài)，用電池開(kāi)路電壓校核電池電量。其他的方法雖然種類繁多，但不是穩(wěn)定性不佳就是計(jì)算量過(guò)大，真正被應(yīng)用于批量的并不多見(jiàn)。

單體的容量明顯的受到老化程度的影響，大家都知道，容量衰減到一個(gè)極限值就是電池淘汰的時(shí)候，可見(jiàn)二者具有絕對(duì)的相關(guān)性。其次，容量還收到溫度的影響，低溫下，活性物質(zhì)活性下降，能夠提供的離子變少，容量必然跟著下降。

功率

這里的功率，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是比功率，是一只單體的充放電功率能力或者說(shuō)單位質(zhì)量或者單位體積電芯的充放電功率能力。鋰電池是否能進(jìn)行大功率充放電，這在它被設(shè)計(jì)完成的時(shí)候就已經(jīng)決定了。同樣是磷酸鐵鋰材質(zhì)或者三元材質(zhì)，采用工藝手段、改變電極厚度或者加入添加劑、調(diào)整活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)性質(zhì)，電極SEI膜性質(zhì)，都可以起到調(diào)整電池功率性能的目的。一般的，功率性能與能量密度往往無(wú)法共存，同一種材料，追求高功率，則會(huì)部分的犧牲掉能量密度。

電芯一旦被生產(chǎn)出來(lái)，其合理的最大充放電電流就已經(jīng)確定了，除了調(diào)整電池散熱條件，能夠小范圍改變其最大充放功率以外，幾乎沒(méi)有進(jìn)一步調(diào)整的空間。

除了比功率，還有幾個(gè)折合到單位質(zhì)量或者體積上，更能看出電池水平的參數(shù)。

比容量、比能量

體積比容量就是容量除以電池體積，質(zhì)量比容量就是容量除以質(zhì)量。從這里延伸開(kāi)去，把電池成本折合到單位容量上，也就是從電池充放電能力角度談?wù)搩r(jià)格：電池單體容量性價(jià)比計(jì)算方式為價(jià)格比容量，即單位價(jià)錢的電池所能放出的電量。不過(guò)，一般這種方式比較少用。

類似的，電池單體質(zhì)量比能量為能量除以質(zhì)量，即單位質(zhì)量的電池能放出的能量；體積比能量，即單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的能量；從單位能量?jī)r(jià)格定義電池價(jià)格，是行業(yè)里比較通用的方式，談?wù)撾姵貎r(jià)格，就是1kWh多少錢。

鋰離子電池模塊

電池模塊由若干電池單體串并聯(lián)組合形成，是組成電池組的元素。電池模塊在實(shí)際運(yùn)行中很少作為一個(gè)主體被單獨(dú)評(píng)價(jià)，偶爾一些系統(tǒng)中，會(huì)檢測(cè)其電壓值。

實(shí)際上，人們往往把模塊看成一塊大電池。不同的是，模塊存在單體一致性問(wèn)題，其內(nèi)部電芯電壓差是均衡功能考察的重點(diǎn)。電池模塊的性能往往受制于組成電池模塊中性能最低電池單體，并主要體現(xiàn)在容量這個(gè)指標(biāo)上。充電的時(shí)候，電壓高的單體最先充滿；放電的時(shí)候，電壓低的電芯最先放完。而很可能這兩個(gè)電芯并非同一顆。因此，模塊內(nèi)部電芯參數(shù)的一致性就對(duì)模塊性能產(chǎn)生了決定性的影響。一致性，是模塊級(jí)別比單體多出來(lái)的需要考量的一個(gè)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)在模塊成組之初，會(huì)通過(guò)各種手段對(duì)電芯進(jìn)行篩選來(lái)保證；模塊生產(chǎn)完畢，一致性則是其驗(yàn)收的重要指標(biāo)；在運(yùn)行過(guò)程中，則只能依靠BMS的均衡功能來(lái)保證。

鋰離子電池系統(tǒng)

電池組一般由模塊串聯(lián)組成。電池組除了繼承模塊的全部參數(shù)以外，其總電壓決定了電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的電壓平臺(tái)，是非常重要的參數(shù)。

電池組整體上還有幾個(gè)涉及到安全的指標(biāo)會(huì)被持續(xù)監(jiān)測(cè)。電池包輸出正負(fù)極對(duì)地電阻，系統(tǒng)漏電流，高壓互鎖信號(hào)，系統(tǒng)最高最低溫度，系統(tǒng)最大溫差，系統(tǒng)最大溫升速率，系統(tǒng)最高最低單體電壓等等。

在電池箱本體之中，要求能夠在各種規(guī)定的工況下均能可靠地固定電芯的各個(gè)零部件；電池箱體絕緣墊中，要求有效可靠的起到絕緣的作用；箱體密封墊則起到了防護(hù)等級(jí)的要求。其次，在熱管理系統(tǒng)之中，要求在低溫環(huán)境下可以對(duì)電芯進(jìn)行加熱，在高溫環(huán)境下對(duì)電芯進(jìn)行冷卻，在動(dòng)力電池系統(tǒng)工作時(shí)保證電芯的溫度一致性；零件固定支架則要求在各種規(guī)定的工況才均能安全可靠地固定電芯等各個(gè)零部件；最后零部件固定螺栓則保證在固定著的零部件不會(huì)有松動(dòng)斷裂或腐蝕的現(xiàn)象。

要高能量密度？還是安全性？是困擾產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)大難題，在新能源汽車補(bǔ)貼臨近完全退坡的關(guān)口，如何兼顧兩者成為業(yè)界討論的話題，國(guó)家工信部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌曾表示，能夠產(chǎn)業(yè)化的電動(dòng)車用動(dòng)力電池的性能提高，不僅僅是正、負(fù)極材料性能上需要有大幅度改進(jìn)，同時(shí)在許多方面都需要有比較大的突破，才有可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池真正意義上的提高。這樣看來(lái)，技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展才是未來(lái)應(yīng)對(duì)一切難關(guān)的基本前提。

以上都是從電性能來(lái)說(shuō)的，作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，電池包還有很多參數(shù)需要持續(xù)關(guān)注，還有環(huán)境耐受性能，濫用耐受性能，此處不一一列舉。