锂离子电池材料组成 - 电池材料技术的革新推动快充技术发展

　　那么，电芯材料在快充技术方面又如何发展呢？电池要实现快速充电功能，解决的方向就是如何实现锂离子在电池中快速的嵌入和嵌出，需要降低充放电过程中的阻力，从而提高锂离子的嵌出和嵌入速度。

　　

　　图4 锂离子电池材料组成

　　下面将从电芯几个主材、电芯设计和保护板等方面进行阐述。

　　正极材料

　　

　　图5 锂离子电池正极材料形貌

　　常用正极材料具有本征导电率低等问题，为了实现快充功能，需要选用小颗粒具有优良的导电性能的材料（导电剂包覆钴酸锂等），缩短充放电过程中锂离子的迁移路径，提高迁移速率，从而提高快充性能，对钴酸锂进行包覆掺杂，可提高大电流循环下的电池安全性能等。

　　负极材料

　　

　　图6 锂离子电池负极迁移模型

　　负极材料相对正极材料具有较高的电导率，可以充分发挥快充性能。充电时锂离子的负极石墨选用具有导电剂包覆、颗粒小，石墨化度低的石墨，从而减少锂离子在嵌入和嵌出过程中的阻力与极化，快速充电，加快锂离子的嵌入，降低锂离子的沉积而造成的循环恶化。

　　电解液

　　

　　表1 电解液常用溶剂参数

　　电解液是电池的重要组成部分，解决快速充电时锂离子在电解液中的迁移不会产生阻碍，应选择介电常数较高溶剂。同时添加部分成膜添加剂及提高电导率的添加剂。简言之：降低界面阻抗，低粘度，高电导率。

　　隔离膜

　　快速充电需要满足锂离子快速的从正极嵌出快速的嵌入负极，隔离膜是锂离子电池的重要组成部分，是用于隔开正负极极片的微孔膜， 具有纳米级微孔的高分子功能材料。

　　商品化的锂离子电池隔膜产品多为聚烯烃微孔膜，包括聚乙烯PE单层膜、聚丙烯PP单层膜以及由PP和PE复合的PP/PE/PP多层微孔膜。

　　目前快充隔膜一般都采取用湿法涂陶瓷或涂胶处理多孔和大孔隔膜，一方面防止锂离子电池内部短路风险，另一方面又需要保证锂离子在充放电过程中的有效迁移。

　　电芯设计

　　快速充电主要是保证锂离子快速的从正极嵌出并快速的嵌入负极，不能造成锂离子的沉积，故设计时要尽量降低极片的厚度，换言之，需要降低极片的涂膜重量。减少锂离子迁移的路径，保证锂离子的快速嵌入。同时提高正负极片的离子导电能力和电子导电能力。

　　保护电路

　　为降低充放电时保护板的功耗，须一定程度上降低保护板内阻，采用两个MOSFET或多MOSFET结构设计。多方面保护电池在使用滥用而导致的失效。

　　总而言之，如果需要在快充电池方面有所突破，避免普通化学体系在快充过程中在负极出现副产物，影响电池的循环、安全性和可靠性等，需要结合电芯材料、材料设计及工艺设计和保护装置等多方面进行综合考虑。也就是说，我们需要在保证不影响电池可靠性等因素的基础上，通过选用高导电小颗粒的正负极材料、高电导率电解液、多孔隔离膜、优化电芯极片的涂布与结构和多方面保护措施等，从而降低锂离子在充放电过程中的阻力、缩短锂离子的路径等。特别在电子产品有限的空间里，使用快充技术显得非常必要，而电池技术的突破配合成熟的快充技术，将迅速推动电子产品的快速发展。相信在不久的将来，电池技术的革新会引发手机乃至整个电子产品行业的变革。