摘要：锂离子电池因其优异的电化学性能，比容量，长循环寿命，高功率密度，放电电压高，体积小，绿环保等特点，在过去一年中得到迅速发展。高功率锂电池的电子性能影响因素成为研究的重点
关键字：高功率锂离子 电池性能 因素
一、高功率锂离子电池的设计
高功率的电池要想充分发挥其性能，必须要进行全面的电芯设计，对于高放大率的电芯，要考虑多种因素，选择正、负极材料，选择高扩散率材料，缩短离子的传播途径； 在此基础上，采用正、负电极材料应选用具有较高扩散率和较大表面的材料；(2)通过增加导电剂或选择具有优良导电性的导电剂，整体传导网络将提高导电性；(3)集流涂料的厚度较小；(4)通常使用堆叠式结构来提高电心的电流收集能力；(5)使用碳化铝箔来减少接触内阻，提高导电率；(6)极耳和集流具有更大的截面面积，以承受大电流。
二、高功率电池的性能受影响因素
2.1 高功率电池的结构设计参数对其性能的影响
电池的正、负材料厚度、隔膜厚度、整体电芯外形尺寸、材料选择、外形尺寸等诸多因素将直接影响电池的主要结构和性能。
正、负极以缠绕或叠片形式存在于电池中，是电化学过程中最重要的部分，随着极板厚度的增大，锂离子（Li+）的传输距离增大，阻抗增大，导致正负极中 Li+的脱嵌路径发生变化。因此，因为电极的厚薄差异大,其内部的电子化学反应和热量分配方式就会产生较大的差异,这也会对动力电池的稳定性造成较大的影响。而抹子在动力电池中的尺寸大小和特性就直接关系到了动力电池的整体界面结构,同时也是稳定动力电池的关键部分。因此隔膜的选择对动力电池稳定性有着很重要的作用,在不同的情况下,隔膜的容量、循环时间、热效率以及温分布等将对隔膜的选择造成重要的影响。在进行锂离子电池电芯的设计中,还需要充分考虑到动力电池的整体外形尺寸,因为不同的动力电池体积大小将产生不同的散热空间范围,进而形成了不同的热传导途径和结构,就这样,也对整体的温度场分布也造成了一定的限制。另外,由于高压电极的位置、宽度、厚薄、接触形式等也会对其所连接的温度产生直接的影响,所以在高功率时,还需要充分考虑到双极耳对电池的温度场的作用。
探讨了在电芯生产工艺中,水平方向厚度对升温过程的作用:通过提高水平方向厚度,使其能够按照厂家的规定进行充放电,同时观测其均匀体积导热度,从而观察其温升的程度降低了,并在充填后,电芯温和热差未变大的电极反应过程板的温度数值明显增加。探讨了负极相对地材料的厚度及其对升温的作用:在正常的充放电状态中,如果电池的体积及产热系数降低,则电池的温升速率减小,充电完后的温和升差也不会提高,而阴极反应过程板的温度数值也会降低。在电芯制作过程中，若电极尺寸变小，厚度变薄，按说明书要求充电、放电，则极耳各部位的热产率将显著提高，同时，在充放电过程中，最大温度和最大温差也会增大。
2.2 高功率电池关键材料的选择与参数的选择产生的影响
2.2.1正极颗粒半径的性质
随正极材料颗粒直径增加，电极实际较表面薄，Li+在正极区脱嵌将减慢，继而导致电池内部电化学反应率降低，充放过程中，电池内阻变大，电压值升高，恒流充电的时间变长，电池内部的充电量减少。
2.2.2 负极颗粒半径对性能的影响
这种情况类似于正电极粒子的直径变化。增加负极粒子的粒径，使粒子的实际比表面积减少，使 L i+在负极区的脱嵌率下降，从而使电芯内的电化学反应速度减慢，从而使电池内电阻增加。结果表明：由于负极材料的粒径变化，其最大温度、最大温差、平均体积生热速率曲线的变化规律与正极材料的粒径变化规律基本一致。
2.2.3 正极材料中最大嵌锂浓度的影响
当研究人员将正极的最大嵌锂水平（SOC）增加时，在相同的充电情况下，正电极的荷电状态会下降，从而使初始电位下降，从而使充电阶段的端子电压下降。在充电初期，最大可嵌锂含量较低的电芯，其平均体积发热速率较高，而在充电后半段则没有这种现象，且整体电芯的体积生热系数差异较小。
2.2.4 负极材料对高功率电池性能的影响
比较了石墨、硅负极、钛酸锂和硬碳四种材料，在相同电芯功率、尺寸和 SOC的情况下，各负极的电位随着 SOC的改变而发生了改变。结果表明：在同一荷载比下，负极体的电荷密度随荷载量的增加而增大，而在负极性荷载量下，则具有更高的负载量，而在负极区使用的钛酸盐电池组具有较小的电荷量。
2.2.5 电解液对高功率电池的影响
为了实现高功率的使用，需要满足以下条件。首先，电解质的导电系数要高，通常在10~3 S/cm以上；第二，目前许多商品化的电池，其电极与电解质发生反应，会产生 SEI薄膜，因此必须对 SEI薄膜进行控制并使其稳定；第三，保证在电解液中的锂离子具有良好的耐热性；第四，对药物的容忍也很关键。上述因素的结合，使其在诸如电力车辆和高功率电子器件等的大范围系统中得到充分的发挥。
高功率的锂离子电池电解质的两个特性是：第一，在高速率的电荷量下， SEI的电荷移移阻抗会增大，从而增大了电极性；第三，在高功率下，在一定电流的情况下，锂离子电池容易发生析出，从而使薄膜状态恶化，从而影响到电池的工作。因此，首先，对锂离子进行优化，添加更有利于高效率充电和高功率的锂离子，可以提高电池的高功率输出能力；第二种方法是：采用高功率特性添加剂，在高速率充放电条件下，添加比 EC更好的薄膜形成剂，以减少高速率充放电时的电荷传导阻抗值，或者采用锂离子沉淀改进剂来抑制高速率充电时的锂分枝晶体的成长，从而提高了电池的高功率特性。
2.2.6 隔膜对高功率电池性能的影响
薄膜材料是高功率电池中的重要组成部分，其结构与特性直接关系到其性能。膜的电化学稳定性、孔隙度、孔径和隔膜渗透性能等因素对高功率的电池性能有重要的作用。在高功率场合，薄膜要求具有良好的耐热性和良好的耐热性，并能在较高的温度下保持不变的温度。薄膜的良好的热稳定性也为该单元提供了良好的抗高温性能。高功率电池的膜片通常是由一种新的薄膜制成。
2.2.7 温度对高功率电池的影响
通过对当前市面上的高功率电池的分析，发现各大电池的功率特性都会因环境的变化而被明显地改变，而 LTO的功率特性则明显地被 SOC状况所决定，而 LFP的功率特性则不会被 SOC状况所左右，因此本文研究了3款电池，都针对倍率性能进行了优化设计，具有较高的峰值电流，同时较宽的使用温度范围。研究了在不同的环境下，不同的充放电温度以及充放电时，对电瓶的充放电性能产生了明显的影响，而在-25摄氏度时，钛酸锂的充放电能力可以达到15 C，这也让它在任何环境下都可以进行高电压的充放电。而 B型蓄电池的低温特性很弱，在-25摄氏度时无法进行充电器和放电。而在25摄氏度以上时，其放电速率对其放电性能的影响不大，而低于25摄氏度时，其功率将明显地被放大。
三、结束语
总而言之,原料体系、结构设计、工艺设计、电极选择、应用场合等是制约大功率锂电池充电性能的重要因素。材料结构、材料颗粒大小、薄膜厚度和电极导电性能是影响高倍率电池正极性能的重要原因;但对于负极材料,其材料结构、材料尺寸、表面电阻、电导率等因素也会对其产生较大的作用。电池的结构、功率和可靠性对于它的使用寿命和可靠性至关重要。此外，电池的成分密度、配置和制造技术也会影响它的使用寿命和可靠性。为了提升锂离子电池的性能，我们正在努力R&D一种全新的、更加可靠的锂离子电导体和稳定的电极。然后,从技术、结构等方面进行了高能量电池的设计。
参考文献
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