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(gè)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(dòng)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(shì)，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(huì)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(huì)制成納米級(jí)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(shì)，在體積能量密度達(dá)到了石墨負(fù)極的兩倍，同時(shí)該材料還保留了快速充電的特性。

　?、谂浞絻?yōu)化

　　決定鋰電池倍率性能的另外一個(gè)關(guān)鍵在于電池的配方設(shè)計(jì)，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(shí)會(huì)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(shí)又會(huì)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(shí)也兼顧了高能量密度的特性。

　?、垭姵亟Y(jié)構(gòu)的選擇

　　對(duì)于倍率性電池如何控制放電過程中的溫度也是一個(gè)非常重要的問題，在大電流放電過程中鋰離子電池會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，熱量在鋰離子電池內(nèi)部的積累會(huì)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(gè)合適的結(jié)構(gòu)就變的尤為重要。

　?、芴岣唠娊赓|(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(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(shí)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(gè)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(shí)所限難免有所疏漏，希望各位朋友批評(píng)指正，提出自己的觀點(diǎn)。

　?、萁档碗姵氐膬?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。

　　鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加，容量會(huì)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(shí)，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(duì)不同的體系，需要選擇合適的充放電電流和截止電壓。