提升鋰離子電池高倍率性能的方法有哪些

來源：存能電氣  日期：2019-06-21 13:19  瀏覽量：次

　　提升鋰離子電池高倍率性能的方法有哪些？鋰離子電池的兩大性能指標(biāo)：能量密度與充放電倍率。單純的做到鋰離子電池高倍率性能并不難，難就難在倍率性能與能量密度的兼顧，一般而言倍率性能和能量密度之間是相互矛盾的，在兩者之間找到一個平衡是非常困難的。那么提升鋰離子電池高倍率性能的方法有哪些呢？存能電氣小編就來指點(diǎn)一二。

　　提升鋰離子電池高倍率性能的方法有哪些？

　　①材料選擇

　　通常而言提升動力鋰電池倍率性能主要是從材料的選擇上入手，常溫20℃下，LCO材料的電子電導(dǎo)率最低僅為5x10-8S/cm，而NCM111材料電子電導(dǎo)率可達(dá)2.2x10-6S/cm，隨著鎳含量的進(jìn)一步提高，三元材料的電子電導(dǎo)率也明顯提高，NCM8111材料的電子電導(dǎo)率更是達(dá)到4.1x10-3S/cm，離子電導(dǎo)率方面也表現(xiàn)出了同樣的趨勢，LCO材料在20℃下，離子電導(dǎo)率僅為2.3x10-7S/cm，而NCM111材料離子電導(dǎo)率為3.2x10-6S/cm，NCM532位1.7x10-3S/cm，NCM622位3.4x10-3S/cm，NCM811材料更是達(dá)到了6.3x10-3S/cm。

　　因此無論是從電子電導(dǎo)率還是離子電導(dǎo)率上來看三元材料，特別是高鎳三元材料或者NCA材料都更加適合高倍率型鋰離子電池。當(dāng)然除了材料的這些本征特性外，其倍率性能還受到形貌等多重因素的影響，例如小顆粒的材料表面積更大，Li+在顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散距離更短，因此理論上會具有更好的倍率性能。

　　負(fù)極材料的選擇種類比較多，例如小顆粒的中間相類的石墨材料，在倍率性能上都有較好的表現(xiàn)，鈦酸鋰電池材料因?yàn)殡妼?dǎo)率較低，生產(chǎn)中往往會制成納米級的顆粒，因此進(jìn)一步增大了活性面積，降低了Li+的擴(kuò)散距離，鈦酸鋰電池因此具有非常優(yōu)異的倍率性能，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。

　　日本東芝公司開發(fā)的鈮鈦氧化合物NTO新型負(fù)極材料，該材料的可逆容量可達(dá)341mAh/g遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LTO材料，接近石墨材料，但是憑借著高壓實(shí)密度的優(yōu)勢，在體積能量密度達(dá)到了石墨負(fù)極的兩倍，同時該材料還保留了快速充電的特性。

　　②配方優(yōu)化

　　決定鋰電池倍率性能的另外一個關(guān)鍵在于電池的配方設(shè)計，在鋰離子電池內(nèi)部存在“離子導(dǎo)電”和“電子導(dǎo)電”兩種導(dǎo)電形式，其中離子導(dǎo)電主要包括Li+在電解液、電極內(nèi)部孔隙和活性物質(zhì)內(nèi)部的擴(kuò)散，電子導(dǎo)電主要是活性物質(zhì)顆粒之間的導(dǎo)電。

　　鋰離子電池的高倍率性能是幾種導(dǎo)電形式的綜合體現(xiàn)，在壓實(shí)密度過高時會導(dǎo)致電極孔隙率急劇下降，導(dǎo)致離子擴(kuò)散阻抗增加，而壓實(shí)密度較低時又會導(dǎo)致接觸阻抗的增加，因此只有合適的壓實(shí)密度才能在保證鋰離子電池優(yōu)異的倍率性能的同時也兼顧了高能量密度的特性。

　　③電池結(jié)構(gòu)的選擇

　　對于倍率性電池如何控制放電過程中的溫度也是一個非常重要的問題，在大電流放電過程中鋰離子電池會產(chǎn)生大量的熱量，熱量在鋰離子電池內(nèi)部的積累會導(dǎo)致溫度的升高，產(chǎn)生較大的溫度梯度，因此鋰離子電池內(nèi)部衰降的不一致，影響鋰離子電池的壽命。如何選擇一個合適的結(jié)構(gòu)就變的尤為重要。

　　④提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率

　　鋰離子要在正、負(fù)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(dǎo)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(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。

　　通過選擇合適的材料、配方和結(jié)構(gòu)能夠降低鋰離子電池在大倍率放電時的電池內(nèi)部的阻抗和極化，減少溫度的不均勻性，有效的提升電池的倍率性能。提升倍率性能是一個綜合性的工程，需要從多重因素綜合考慮，存能電氣小編所介紹的只是九牛一毛，知識所限難免有所疏漏，希望各位朋友批評指正，提出自己的觀點(diǎn)。

　　⑤降低電池的內(nèi)阻

　　一般在正極活性物質(zhì)內(nèi)部會添加導(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，都會對鋰電池的內(nèi)阻產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其倍率性能。

　　鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加，容量會越來越少，直接表現(xiàn)就是鋰電池的性能越來越差。當(dāng)充電電流和截止電壓超過一定的數(shù)值時，鋰離子電池的衰降將被極大的加速，為了降低鋰離子電池的衰降速率，需要針對不同的體系，需要選擇合適的充放電電流和截止電壓。