影响锂电池最优充电值的因素都有哪些？
来源：宝鄂实业
2019-10-14 22:03
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充电的微观过程
锂电池被称为摇椅电池。带电荷的离子在正负极之间移动以转移电荷，向外部电路供电或从外部电源充电。在特定的充电过程中，外部电压被加载在电池的两极上，锂离子从正极材料中分离出来进入电解液。同时，多余的电子通过阴极集电极产生，并通过外部电路移动到负极；锂离子在电解液中从正极移动到负极，通过隔膜移动到负极；负电极表面的sei膜嵌入到负电极的石墨层结构中，并与电子结合。
在离子和电子的作用过程中，电池的结构，无论是电化学的还是物理的，都会影响电池的快速充电性能。
快速充电，电池部件要求
对于电池而言，要提高电池的动力性能，必须从电池的各个方面，包括正极、负极、电解液、隔膜和结构设计等方面进行努力。
正极
事实上，几乎所有的阴极材料都可以用来制造快速充电电池。需要保证的主要性能包括导电性（降低内阻）、扩散性（保证反应动力学）、寿命（无解释）、安全性（无解释）、适当的加工性能（比表面积不太大、减少副反应、使用安全）。当然，对于每一种特定的材料，可能在需要解决的问题上有一些差异，但是普通的阴极材料通过一系列的优化可以满足这些要求，但是不同的材料也有一些差异：
a.磷酸铁锂可能更注重解决导电性和低温问题。碳涂层、适度的纳米化（注意，适度，绝对不是简单的逻辑越细越好）、以及粒子表面形成离子导体是最典型的策略。
b.三元材料具有良好的导电性，但其反应活性太高，因此对三元材料的纳米化研究很少（纳米化并不是改善材料性能的灵丹妙药，特别是在电池领域，有时会有很多反应）。更多的注意安全和抑制副反应（与电解质）。毕竟，目前三元材料是主要材料之一。生命之门在于安全。近期频发的电池安全事故也对这方面提出了更高的要求。
c、锰酸锂对生命更为重要，目前市场上有很多锰酸锂快速充电电池。
负极
当锂离子电池充电时，锂迁移到负极。快速充电和大电流引起的过电位会导致负电位。此时，锂的快速接受压力增大，锂枝晶的形成趋势增大。因此，在快速充电时，负极不仅要满足锂扩散的动态要求，而且要解决锂枝晶形成趋势增强所带来的安全问题。所以快速充电核心的主要技术难点实际上是锂离子。负极嵌入。
目前，石墨仍是市场上的主要负极材料（约占市场份额的90%）。最基本的原因是没有其他便宜的了（你厌倦了每天昂贵的电池，感叹！）以及石墨的综合加工性能和能量密度都比较优秀，缺点相对较少。石墨阳极也有问题。石墨阳极表面对电解液敏感，锂的插层反应具有很强的方向性。因此，对石墨进行表面处理以提高其结构稳定性和促进锂离子在基体上的扩散是目前研究的主要方向。
A、目前市场上占有统治地位的负极材料仍然是石墨(占市场份额的90%左右)，根本原因无他——便宜(你们天天嫌电池贵，叹号！)，以及石墨综合的加工性能、能量密度方面都比较优秀，缺点相对较少。石墨负极当然也有问题，其表面对于电解液较为敏感，锂的嵌入反应带有强的方向性，因此进行石墨表面处理，提高其结构稳定性，促进锂离子在基上的扩散是主要需要努力的方向。
B、硬碳和软碳类材料近年来也有不少的发展：硬碳材料嵌锂电位高，材料中有微孔因此反应动力学性能良好；而软碳材料与电解液相容性好，MCMB材料也很有代表性，只是硬软碳材料普遍效率偏低，成本较高(而且想像石墨一样便宜恐怕从工业角度上看希望不大)，因此目前用量远不及石墨，更多用在一些特种电池上。
C、有人会问笔者钛酸锂如何。简单说一下：钛酸锂的优点是功率密度高，较安全，缺点也明显，能量密度很低，按Wh计算成本很高。因此作者对于钛酸锂电池的观点一直是：是一种有用的在特定场合下有优势的技术，但是对于很多对成本、续航里程要求较高的场合并不太适用。
D、硅负极材料是重要的发展方向，松下的新型18650电池已经开始了对此类材料的商用进程。但是如何在纳米化追求性能与电池工业对于材料的一般微米级的要求方面达到一个平衡，仍是比较有挑战性的工作。
隔膜
对于功率型电池，大电流工作对其安全、寿命上提供了更高的要求。隔膜涂层技术是绕不开的，陶瓷涂层隔膜因为其高安全、可以消耗电解液中杂质等特性正在迅速推开，尤其对于三元电池安全性的提升效果格外显著。陶瓷隔膜目前主要使用的体系是把氧化铝颗粒涂布在传统隔膜表面，比较新颖的做法是将固态电解质纤维涂在隔膜上，这样的隔膜的内阻更低，纤维对于隔膜的力学支撑效果更优，而且在服役过程中其堵塞隔膜孔的倾向更低。涂层以后的隔膜，稳定性好，即使温度比较高，也不容易收缩变形导致短路，清华大学材料学院南策文院士课题组技术支持的江苏清陶能源公司在此方面就有一些代表性的工作，
电解液
电解液对于快充锂离子电池的性能影响很大。要保证电池在快充大电流下的稳定和安全性，此时电解液要满足以下几个特性：A)不能分解，B)导电率要高，C)对正负极材料是惰性的，不能反应或溶解。如果要达到这几个要求，关键要用到添加剂和功能电解质。比如三元快充电池的安全受其影响很大，必须向其中加入各种抗高温类、阻燃类、防过充电类的添加剂保护，才能一定程度上提高其安全性。而钛酸锂电池的老大难问题，高温胀气，也得靠高温功能型电解液改善。
电池结构设计
典型的一个优化策略就是叠层式VS卷绕式，叠层式电池的电极之间相当于是并联关系，卷绕式则相当于是串联，因此前者内阻要小的多，更适合用于功率型场合。另外也可以在极耳数目上下功夫，解决内阻和散热问题。此外使用高电导的电极材料、使用更多的导电剂、涂布更薄的电极也都是可以考虑的策略。
总之，影响电池内部电荷移动和嵌入电极孔穴速率的因素，都会影响锂电池快速充电能力。
