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汽车动力电池解析:手把手带你认识锂离子电池(三)

2015-07-23 10:58
魏丁小陆
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  锂离子电池的充放电倍率性能,与锂离子在正负极、电解液、以及他们之间界面处的迁移能力直接相关,一切影响锂离子迁移速度的因素(这些影响因子也可等效为电池的内阻),都会影响锂离子电池的充放电倍率性能。此外,电池内部的散热速率,也是影响倍率性能的一个重要因素,如果散热速率慢,大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去,会严重影响锂离子电池的安全性和寿命。因此,研究和改善锂离子电池的充放电倍率性能,主要从提高锂离子迁移速度和电池内部的散热速率两个方面着手。

  1. 提高正、负极的锂离子扩散能力

  锂离子在正/负极活性物质内部的脱嵌和嵌入的速率,也就是锂离子从正/负极活性物质里面跑出来的速度,或者从正/负极表面进入活性物质内部找个位置“安家”的速度到底有多快,这是影响充放电倍率的一个重要因素。

简析锂离子电池的两大性能指标:能量密度与充放电倍率

  举个例子,全球每年都有会很多的马拉松比赛,虽然大家基本同一时间出发,可是道路宽度有限,参与的却人很多(有时多达上万人),造成相互拥挤,加上参与人员的身体素质参差不齐,比赛的队伍最后会变成一个超长的战线。有人很快到达终点,有人晚到几个小时,有人跑到昏厥,半路就歇菜了。

  锂离子在正/负极的扩散和移动,与马拉松比赛基本差不多,跑得慢的,跑得快的都有,加上各自选择的道路长短不一,严重制约了比赛结束的时间(所有人都跑完)。所以呢,我们不希望跑马拉松,最好大家都跑百米,距离足够短,所有人都可以快速达到终点,另外,跑道要足够的宽,不要相互拥挤,道路也不要曲折蜿蜒,直线是最好的,要降低比赛难度。如此一来,裁判一声令响,千军万马一起奔向终点,比赛快速结束,倍率性能优异。

  在正极材料处,我们希望极片要足够的薄,也就是活性材料的厚度要小,这样等于缩短了赛跑的距离,所以希望尽可能的提高正极材料压实密度。在活性物质内部,要有足够的孔间隙,给锂离子留出比赛的通道,同时这些“跑道”分布要均匀,不要有的地方有,有的地方没有,这就要优化正极材料的结构,改变粒子之间的距离和结构,做到均匀分布。以上两点,其实是相互矛盾的,提高压实密度,虽然厚度变薄,但是粒子间隙会变小,跑道就会显得拥挤,反之,保持一定的粒子间隙,不利于把材料做薄。所以需要寻找一个平衡点,以达到最佳的锂离子迁移速率。

简析锂离子电池的两大性能指标:能量密度与充放电倍率

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