學(xué)術(shù)界和(hé)産业界一(yī)直(zhí)努力追求實(shí)現(xiàn)锂離子電(diàn)池優异(yì)的(de)倍率、高(gāo)低(dī)温(wēn)充放(fàng)電(diàn)、循环(huán)壽命等電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)。但是(shì)，從成(chéng)熟産品的(de)角(jiǎo)度去(qù)看(kàn)，總(zǒng)是(shì)面(miàn)臨着“跷跷闆”问題(tí)，即锂離子電(diàn)池某些性(xìng)能(néng)的(de)提(tí)升(shēng)会(huì)伴随着其(qí)它性(xìng)能(néng)的(de)降低(dī)，如(rú)何找到(dào)平衡點(diǎn)?讓我(wǒ)们先(xiān)從锂離子電(diàn)池的(de)基本(běn)電(diàn)化(huà)學(xué)特性(xìng)谈起(qǐ)。

　　锂離子電(diàn)池工作时(shí)，同时(shí)發(fà)生(shēng)電(diàn)子傳導和(hé)離子遷移的(de)过程，图(tú)1所(suǒ)示为锂離子電(diàn)池充電(diàn)过程中(zhōng)的(de)工作示意(yì)图(tú)。

　　在(zài)充放(fàng)電(diàn)过程中(zhōng)，锂離子電(diàn)池正(zhèng)极(jí)發(fà)生(shēng)氧化(huà)反(fǎn)应，電(diàn)子經(jīng)过導電(diàn)劑等導電(diàn)网(wǎng)絡傳递到(dào)集流體(tǐ)並(bìng)到(dào)达(dá)負极(jí);锂離子則從正(zhèng)极(jí)材料晶格中(zhōng)脫嵌出(chū)来(lái)，和(hé)電(diàn)解(jiě)液中(zhōng)溶劑分(fēn)子結合，形成(chéng)溶劑化(huà)的(de)锂離子，在(zài)電(diàn)场(chǎng)和(hé)離子濃度差异(yì)的(de)驅动下，穿过隔離膜到(dào)达(dá)負极(jí)，得到(dào)電(diàn)子發(fà)生(shēng)還(huán)原反(fǎn)应，嵌入負极(jí)材料中(zhōng)。

　　放(fàng)電(diàn)过程則與(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)，電(diàn)子在(zài)活性(xìng)物(wù)質(zhì)、導電(diàn)劑、集流體(tǐ)等傳递过程中(zhōng)，以及(jí)锂離子在(zài)固相中(zhōng)的(de)擴散、在(zài)溶液中(zhōng)的(de)遷移过程中(zhōng)，都会(huì)形成(chéng)阻抗，導致(zhì)電(diàn)池的(de)電(diàn)壓下降。表(biǎo)現(xiàn)为電(diàn)化(huà)學(xué)极(jí)化(huà)、濃差极(jí)化(huà)及(jí)內(nèi)阻損失。工作電(diàn)壓的(de)公(gōng)式可(kě)表(biǎo)达(dá)为图(tú)2所(suǒ)示。

　　锂離子電(diàn)池的(de)阻抗由(yóu)離子阻抗、電(diàn)子阻抗、界面(miàn)阻抗三(sān)大(dà)部(bù)分(fēn)構成(chéng)，可(kě)以進(jìn)一(yī)步细(xì)分(fēn)为以下部(bù)分(fēn)：

　　因此(cǐ)，改善锂離子電(diàn)池性(xìng)能(néng)，着重在(zài)于(yú)降低(dī)電(diàn)池內(nèi)部(bù)各(gè)種(zhǒng)阻抗。

　　從材料的(de)角(jiǎo)度来(lái)看(kàn)，以正(zhèng)极(jí)材料为例(表(biǎo)1)，擴散系(xì)數和(hé)電(diàn)導率與(yǔ)晶體(tǐ)結構相關(guān)，钴酸(suān)锂等2D层(céng)狀結構的(de)擴散系(xì)數高(gāo)，電(diàn)導率好。而(ér)1D单向(xiàng)隧道(dào)結構的(de)磷酸(suān)铁(tiě)锂材料擴散系(xì)數低(dī)，電(diàn)導率差。同比之(zhī)下，前(qián)者(zhě)的(de)倍率性(xìng)能(néng)優良，放(fàng)電(diàn)平台(tái)較高(gāo)。

　　表(biǎo)1 常用(yòng)正(zhèng)极(jí)材料特性(xìng)

　　可(kě)以采取(qǔ)以下措施提(tí)高(gāo)正(zhèng)极(jí)材料擴散系(xì)數：

　　摻雜 -改變(biàn)晶體(tǐ)結構參數利于(yú)锂離子的(de)嵌入和(hé)脫嵌

　　包(bāo)覆-導電(diàn)或(huò)導離子的(de)包(bāo)覆层(céng)利于(yú)離子的(de)傳递

　　減少(shǎo)颗(kē)粒(lì)尺(chǐ)寸(cùn) - 減少(shǎo)離子擴散距離

　　負极(jí)材料的(de)擴散系(xì)數提(tí)高(gāo)則可(kě)以采用(yòng)：

　　适度氧化(huà)

　　金(jīn)屬沉積

　　表(biǎo)面(miàn)聚合物(wù)或(huò)碳包(bāo)覆

　　硼摻雜

　　值得一(yī)提(tí)的(de)是(shì)減少(shǎo)颗(kē)粒(lì)尺(chǐ)寸(cùn)的(de)方(fāng)法(fǎ)在(zài)負极(jí)材料中(zhōng)並(bìng)不(bù)可(kě)行，是(shì)因为負极(jí)比表(biǎo)面(miàn)積随颗(kē)粒(lì)尺(chǐ)寸(cùn)減少(shǎo)而(ér)增大(dà)，導致(zhì)更(gèng)多(duō)的(de)Li消耗形成(chéng)SEI层(céng)。

　　锂離子在(zài)液相中(zhōng)的(de)遷移能(néng)力與(yǔ)電(diàn)解(jiě)液的(de)溶劑和(hé)锂盐(yán)類(lèi)型息息相關(guān)。電(diàn)解(jiě)液最(zuì)重要(yào)的(de)參數为介電(diàn)常數和(hé)粘度。前(qián)者(zhě)反(fǎn)映形成(chéng)溶劑化(huà)锂離子的(de)能(néng)力，後(hòu)者(zhě)則反(fǎn)映離子遷移的(de)阻力。通(tòng)过電(diàn)解(jiě)液溶劑種(zhǒng)類(lèi)和(hé)添加劑的(de)優化(huà)，提(tí)高(gāo)離子電(diàn)導率。

　　对(duì)于(yú)正(zhèng)极(jí)，負极(jí)和(hé)電(diàn)解(jiě)液，锂離子在(zài)其(qí)中(zhōng)的(de)固相擴散或(huò)液相擴散，受环(huán)境温(wēn)度的(de)影響較大(dà)，符合Arrhenius方(fāng)程。針(zhēn)对(duì)不(bù)同温(wēn)度區(qū)間(jiān)应用(yòng)的(de)锂離子電(diàn)池可(kě)以对(duì)材料進(jìn)行優化(huà)配組。