鉅大LARGE | 點擊量：369次 | 2023年10月31日
怎么提升鋰電池高倍率性能？
①材料選擇
通常而言提升動力鋰離子電池倍率性能重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2.2x10-6S/cm，隨著鎳含量的進一步提高，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)，鈦酸鋰離子電池材料因為電導(dǎo)率較低，生產(chǎn)中往往會制成納米級的顆粒，因此進一步增大了活性面積，降低了Li+的擴散距離，鈦酸鋰離子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，但是憑借著高壓實密度的優(yōu)勢，在體積能量密度達到了石墨負(fù)極的兩倍，同時該材料還保留了快速充電的特性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
②配方優(yōu)化
決定鋰離子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)電重要包括Li+在電解液、電極內(nèi)部孔隙和活性物質(zhì)內(nèi)部的擴散，電子導(dǎo)電重要是活性物質(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)，在壓實密度過高時會導(dǎo)致電極孔隙率急劇下降，導(dǎo)致離子擴散阻抗新增，而壓實密度較低時又會導(dǎo)致接觸阻抗的新增，因此只有合適的壓實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
關(guān)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出現(xiàn)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，出現(xiàn)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)率如同水的阻力相同，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(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，要從多重因素綜合考慮，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。
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，都會對鋰離子電池的內(nèi)阻出現(xiàn)影響，進而影響其倍率性能。
