定量优化锂电池极片微观结构解析

电动汽车长续航里程对动力电池提出了更高的能量密度要求，市场和基础设施情况同时又要求动力电池具有良好的倍率特性，而这两者是相互矛盾的。如何在较高的能量密度下实现电池良好的倍率特性，这需要从微观上理解电池极片的机理，从下至上优化电池设计。

锂离子电池极片涂层可看成一种复合材料，主要由三部分组成：(1)活性物质颗粒(act)；(2)导电剂和黏结剂相互混合的组成相(碳胶相，sub)；(3)孔隙，填满电解液。因此，对于电极片涂层，各相的体积关系由式(1)表示：

(1)

其中，ε为孔隙率，

为活物质体积分数，

为碳胶相体积分数。

而电池的倍率特性主要与极片中电子、离子的传导特性密切相关，宏观的多孔电极理论中，锂离子、电子的有效电导率可由式(2)、式(3)计算：

(2)

(3)

其中，

锂离子的有效电导率；

电子的有效电导率；

电解液中锂离子的电导率；

ε 极片涂层中的孔隙率；

孔隙迂曲度，连同孔隙的曲线通道长度与宏观入口-出口直线距离比值的平方；

活物质体积分数；

活物质颗粒相的迂曲度；

电子在活物质材料中的电导率；

碳胶相体积分数；

碳胶相的迂曲度；

电子在碳胶相中的电导率；

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