科普|锂电池极片特性参数全看透？-北极星储能网

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锂离子电池电极是一种颗粒组成的涂层，均匀的涂敷在金属集流体上。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;(2)导电剂和黏结剂相互混合的组成相(碳胶相);(3)孔隙，填满电解液。锂离子电池工作时电解液渗入多孔电极的孔隙中，在液-固两相界面上进行电极反应。电极是电池内部电化学的反应区域，因此电极结构的好坏直接决定着电池性能。电极结构主要包括组分、孔隙结构、各组分的分散状态及电极厚度及其均一度、比表面积等参数，本文分享一份资料，详细介绍锂电池极片特性参数表征及其影响因素。

一、孔隙结构

多孔材料中的孔按其形态可分为交联孔、通孔、半通孔和闭孔，如图1所示。这几种孔在电池反应过程中作用并不相同。交联孔和通孔是主要的锂裡离子参与反应和传输的主要通道;半通孔不适用于锂离子的完全传输，但在锂离子顺利进入这些孔隙的前提下，它可充当电化学反应的场所;闭孔因为锂离子无法输出，锂离子传输和反应均无法进行，属于无效孔。对于锂离子电池极片的孔隙结构，目前主要通过孔隙率、孔径、孔径分布及迂曲度等参数来描述这些复杂的孔结构的孔数目和孔形态。

图1 多孔材料孔结构示意图

孔隙率：是指多孔材料中孔隙的体积占多孔体表观体积(或称为总体积)的比率，一般用百分数来表示。孔隙率是一个相对宏观的概念，它既包括了多孔电极内孔数目，也包括了各类孔的孔径大小。

孔径大小及分布：由于活性物质颗粒的大小及制作工艺的不同，多孔电极内孔的形态也各不相同，为了表述孔的大小，通常将孔模拟为圆柱，把圆柱形孔的底面直径作为孔径，所有圆柱形的平均孔径d表示为孔的大小。由于多孔体内颗粒粒径并不均匀，因此颗粒堆积的孔也不相同，全面了解多孔电极结构还必须了解孔径分布，即不同孔径在总孔结构中的分散程度及其所占比例大小。颗粒的形貌不同，堆积的孔结构也不相同，，研究了颗粒分布和形貌对于颗粒堆积孔隙率的影响结果表明均匀的颗粒分布和球形颗粒制备的电极可呈现最佳的孔隙率。

一般地，如图2所示，极片中存在两种尺度的孔隙：(1)颗粒内部的孔隙，尺度为纳米-亚微米级;(2)颗粒之间的孔隙，尺度为微米级。这两种结构的孔洞对电池性能影响都挺关键的。

图2 电极中的孔径分布

迂曲度：颗粒形状的不同，导致堆积的孔大多不是直通孔，迂曲度是描述多孔介质中孔形态的重要参数，物理定义为物质在孔介质中的实际通过路径长度Lt与介质距离(厚度) L0的比值，如图3所示。对于多孔体系而言，其值都大于1，这也说明相比于电解液在多孔体系内的真实传导能力是偏低的。

图3 多孔介质流体流动示意图

孔隙率和迂曲度对电极中的锂离子电导率和电解液扩散有重要影响，多孔电极中液相的传导和扩散能力除与电解液本征特性(电导率κ、扩散系数D和锂离子迁移数t+0)有关外，还受电极中的多孔结构影响，常用孔隙率ε与迂曲度τ计算。

迂曲度τ与多孔网络的结构相关，包括活性颗粒的性质、粒径分布等。常用Bmggeman关系式表示，α为Bruggeman指数，孔隙率ε与迂曲度τ关系的一般形式如下：

一般地，常常设定γ=1来校正α值，或者设定α=1.5来校正γ值。

孔隙率测试方法：

理论计算：

极片的孔隙率计算方法为：

其中，涂层平均密度和涂层压实密度分别为：

而其中

实际工作经验中，铜箔的延展率为0%，铝箔延展<1%。常见材料的真密度如表1-3所示。

原标题：锂电池极片特性参数全看透？

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