提升锂离子电池高倍率性能的方法有哪些

来源：维多利亚3308  日期：2019-06-21 13:19  浏览量：次

　　提升锂离子电池高倍率性能的方法有哪些？锂离子电池的两大性能指标：能量密度与充放电倍率。单纯的做到锂离子电池高倍率性能并不难，难就难在倍率性能与能量密度的兼顾，一般而言倍率性能和能量密度之间是相互矛盾的，在两者之间找到一个平衡是非常困难的。那么提升锂离子电池高倍率性能的方法有哪些呢？维多利亚3308小编就来指点一二。

　　提升锂离子电池高倍率性能的方法有哪些？

　　①材料选择

　　通常而言提升动力锂电池倍率性能主要是从材料的选择上入手，常温20℃下，LCO材料的电子电导率最低仅为5x10-8S/cm，而NCM111材料电子电导率可达2.2x10-6S/cm，随着镍含量的进一步提高，三元材料的电子电导率也明显提高，NCM8111材料的电子电导率更是达到4.1x10-3S/cm，离子电导率方面也表现出了同样的趋势，LCO材料在20℃下，离子电导率仅为2.3x10-7S/cm，而NCM111材料离子电导率为3.2x10-6S/cm，NCM532位1.7x10-3S/cm，NCM622位3.4x10-3S/cm，NCM811材料更是达到了6.3x10-3S/cm。

　　因此无论是从电子电导率还是离子电导率上来看三元材料，特别是高镍三元材料或者NCA材料都更加适合高倍率型锂离子电池。当然除了材料的这些本征特性外，其倍率性能还受到形貌等多重因素的影响，例如小颗粒的材料表面积更大，Li+在颗粒内部的扩散距离更短，因此理论上会具有更好的倍率性能。

　　负极材料的选择种类比较多，例如小颗粒的中间相类的石墨材料，在倍率性能上都有较好的表现，钛酸锂电池材料因为电导率较低，生产中往往会制成纳米级的颗粒，因此进一步增大了活性面积，降低了Li+的扩散距离，钛酸锂电池因此具有非常优异的倍率性能，能够实现快速充电。

　　日本东芝公司开发的铌钛氧化合物NTO新型负极材料，该材料的可逆容量可达341mAh/g远远高于LTO材料，接近石墨材料，但是凭借着高压实密度的优势，在体积能量密度达到了石墨负极的两倍，同时该材料还保留了快速充电的特性。

　　②配方优化

　　决定锂电池倍率性能的另外一个关键在于电池的配方设计，在锂离子电池内部存在“离子导电”和“电子导电”两种导电形式，其中离子导电主要包括Li+在电解液、电极内部孔隙和活性物质内部的扩散，电子导电主要是活性物质颗粒之间的导电。

　　锂离子电池的高倍率性能是几种导电形式的综合体现，在压实密度过高时会导致电极孔隙率急剧下降，导致离子扩散阻抗增加，而压实密度较低时又会导致接触阻抗的增加，因此只有合适的压实密度才能在保证锂离子电池优异的倍率性能的同时也兼顾了高能量密度的特性。

　　③电池结构的选择

　　对于倍率性电池如何控制放电过程中的温度也是一个非常重要的问题，在大电流放电过程中锂离子电池会产生大量的热量，热量在锂离子电池内部的积累会导致温度的升高，产生较大的温度梯度，因此锂离子电池内部衰降的不一致，影响锂离子电池的寿命。如何选择一个合适的结构就变的尤为重要。

　　④提高电解质的离子电导率

　　锂离子要在正、负极之间来回穿梭，就如同在电解质和电池壳体所构成的“游泳池”里面游泳，电解质的离子电导率如同水的阻力一样，对锂离子游泳的速度有非常大的影响。目前锂离子电池所采用的有机电解质，不管是液体电解质，还是固体电解质，其离子电导率都不是很高。电解质的电阻成为整个电池电阻的重要组成部分，对锂离子电池高倍率性能的影响不容忽视。

　　通过选择合适的材料、配方和结构能够降低锂离子电池在大倍率放电时的电池内部的阻抗和极化，减少温度的不均匀性，有效的提升电池的倍率性能。提升倍率性能是一个综合性的工程，需要从多重因素综合考虑，维多利亚3308小编所介绍的只是九牛一毛，知识所限难免有所疏漏，希望各位朋友批评指正，提出自己的观点。

　　⑤降低电池的内阻

　　一般在正极活性物质内部会添加导电剂，从而降低活性物质之间、活性物质与正极基体/集流体的接触电阻，改善正极材料的电导率(离子和电子电导率)，提升倍率性能。不同材料不同形状的导电剂，都会对锂电池的内阻产生影响，进而影响其倍率性能。

　　锂电池随着充放电次数的增加，容量会越来越少，直接表现就是锂电池的性能越来越差。当充电电流和截止电压超过一定的数值时，锂离子电池的衰降将被极大的加速，为了降低锂离子电池的衰降速率，需要针对不同的体系，需要选择合适的充放电电流和截止电压。