隨著鋰離子電池技能的不停生長，我們也對鋰離子電池的性能提出了更高的要求，我們盼望鋰離子電池更小、更簡便、儲能更多，這些訴求也在推動著鋰離子電池研究事情不停進步。從電池布局和新質(zhì)料、新體系的接納，可愛的鋰離子電池研究者們不停實驗種種要領進步鋰離子電池能量密度的要領。

1.布局計劃

進步鋰離子電池的比能量從布局上講，要進步正負極活性物質(zhì)在鋰離子電池中所占的比例。鋰離子電池重要由正負極活性物質(zhì)、隔閡、銅箔、鋁箔和殼體及布局件等部門構(gòu)成，此中真正可以大概為鋰離子電池提供容量的只有活性物質(zhì)，因此進步活性物質(zhì)在鋰離子電池中所占的比重才是最有用的進步鋰離子電池本領。比方近來特斯拉在鼎力大肆推動的21700電池，便是通過利用直徑更大的電芯(21mm)，增長電芯的高度(70mm)進步活性物質(zhì)占比，淘汰布局件等非活性質(zhì)料的比重，進步鋰離子電池的比能量，低落單元瓦時本錢。別的軟包電池也是淘汰布局件重量的有用要領，通過利用鋁塑膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制外殼，可以極大的淘汰布局件在鋰離子電池中所占的比重。

除了增大鋰離子電池的直徑，別的一個有用進步鋰離子電池比能量的要領是淘汰隔閡的厚度，現(xiàn)在常見的PP-PE-PP三層復合隔閡的厚度一樣通常到達30um以上，到達正負極極片的厚度的20%左右，這也造成了嚴峻的空間浪費，為了淘汰隔閡所占的空間，現(xiàn)在寬大鋰離子電池廠家廣泛接納帶有涂層的薄隔閡，這些隔閡的厚度可到達20um以下，可以在包管鋰離子電池寧靜的條件下，明顯的淘汰隔閡所占的體積比例，進步活性物質(zhì)占比，進步鋰離子電池比能量。

別的的一種增長活性物質(zhì)比例的要領是從電池的生產(chǎn)工藝的角度入手，起首是增長活性物質(zhì)在電極中占比。一樣通常鋰離子電池的電綦重要由四大部門構(gòu)成，活性物質(zhì)、導電劑、粘結(jié)劑和集流體構(gòu)成，為了進步活性物質(zhì)比例，就必要低落其他部門的比例，通過接納新型導電劑、粘結(jié)劑從而淘汰導電劑和粘結(jié)劑的比例，接納更薄的集流體來淘汰非活性物質(zhì)的所占的比例。其次，必要進步正負極的涂布量，但是進步電極的涂布量還面對的一個題目：當電極過厚時會造成電極的Li+擴散動力學條件變差，影響鋰離子電池的倍率和循環(huán)性能，為相識決這一題目德國卡爾斯魯厄理工學院的BorisBitsch等[1]利用毛細懸濁液和多層電極工藝制備了具有梯度孔隙率的高性能厚電極。在靠近銅箔的低層，BorisBitsch等接納了平凡漿料，使得其具有較低的孔隙率和精良的導電性，而在闊別銅箔的表層，BorisBitsch則接納了毛細懸濁液漿料，并向此中添加了1-辛醇，使其孔隙率明顯增長，改進了電極的動力學條件，從而使得該電極的孔隙率自下而上出現(xiàn)出漸漸增長的特性，明顯改進了厚電極的動力學條件，進步了厚電極的電化學性能，從而實現(xiàn)了在進步電池重量和體積比能量的同時不低落電池的循環(huán)性能。

進步鋰離子電池比能量的別的一個重要的要領便是控制電解液的數(shù)目，淘汰電解液的數(shù)目可以有用的進步鋰離子電池的能量密度。電解液在鋰離子電池內(nèi)部起到一個前言的作用，正負極的Li+通過電解液舉行擴散，因此電解液理論上來講是一種“非斲喪品”，只要有少量的電解液包管Li+在正負極之間自由擴散就行了，但是現(xiàn)實上由于在化成歷程中SEI膜的形成導致電解液剖析，以及在循環(huán)歷程中SEI膜粉碎和正極氧化等緣故原由造成的電解液剖析，導致電解液在現(xiàn)實上是連續(xù)斲喪的，因此電池內(nèi)的電解液一樣通常而言都是過量的，這也是導致鋰離子電池比能量低的一個重要緣故原由，為了淘汰電解液量，同時包管電池的性能，必要我們對電解液溶劑體系和電解液添加劑體系舉行改進，進步電解液的穩(wěn)固性。為了改進電解液在三元質(zhì)料NMC電池中的穩(wěn)固性，德國明斯特大學的YunxianQian等[2]向傳統(tǒng)的EC和EMC(重量比為3:7)為溶劑的電解液中添加了少量的FEC添加劑，發(fā)明FEC添加劑可以大概有用的淘汰電解液的剖析，進步NMC電池的初次庫倫服從，并明顯改進電池的循環(huán)穩(wěn)固性。

2.正負極活性物質(zhì)的選擇

隨著我們對鋰離子電池能量密度的要求不停進步，傳統(tǒng)的LiCoO2質(zhì)料已經(jīng)物法滿意高比能鋰離子電池的需求，為了進一步提拔鋰離子電池的能量密度，我們有兩個大偏向可以選擇：1)進步鋰離子電池的事情電壓；2)進步正負極質(zhì)料的容量。起首我們從第1)方面來闡發(fā)一下進步鋰離子電池能量密度的可行性，鋰離子電池的事情電壓取決于正負極質(zhì)料之間的電壓差，現(xiàn)在負極質(zhì)料石墨的電壓已經(jīng)很低(約0.1VvsLi+/Li)，進一步低落的空間并不大，提拔鋰離子電池電壓重要從正極質(zhì)料方面進舉措手，現(xiàn)在可供選擇的高電壓質(zhì)料重要有以下幾類：

(1)高電壓的尖晶石鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4質(zhì)料，其事情電壓可達5.0V，電壓平臺在4.7V左右，理論容量為147mAh/g，現(xiàn)實容量可達138mAh/g以上。(2)橄欖石類的高電壓質(zhì)料，比方LiMnPO4和LiCoPO4質(zhì)料等，此中LiMnPO4質(zhì)料的電壓平臺可以到達4.1V左右，LiCoPO4質(zhì)料的更是可以到達4.8V左右。(3)富鋰質(zhì)料，富鋰質(zhì)料的理論容量可達200mAh/g以上，乃至是300mAh/g，但是為了發(fā)揮出富鋰質(zhì)料高容量的上風，必要將其事情電壓進步，乃至到達4.8V左右。

這些高電壓質(zhì)料除了要辦理自身存在的題目外，還面對著一個同樣的題目：高電壓下電解液不穩(wěn)固的題目，現(xiàn)在商用的鋰離子電池電解液一樣通常是基于碳酸酯類的有機電解液，溶劑鹽為LiPF6，這也導致在高電勢下，電解液極易被氧化剖析，導致電池的性能嚴峻降落，乃至產(chǎn)生寧靜題目。為了降服這一困難，我們可以從兩個方面進舉措手，起首是從電解液溶劑體系方面，為了進步電解液的電化學穩(wěn)固窗口，可以接納更為穩(wěn)固的離子液體電解液和新型的電解質(zhì)鹽。另一方面，為了淘汰高電壓質(zhì)料對電解液的氧化，可以對高電壓質(zhì)料舉行外貌的包覆處置處罰，從而斷絕電解液與活性物質(zhì)。華南師范的大學的DongruiChen等[3]利用Li3PO4對富鋰層狀質(zhì)料舉行了外貌包覆處置處罰，Li3PO4包覆明顯改進了富鋰質(zhì)料的循環(huán)性能，淘汰了過渡金屬元素的溶解，克制了層狀布局向尖晶石布局的變化。

進步鋰離子電池比能量的別的一個重要的方面便是進步正負極活性物質(zhì)的比容量，這必要從正極質(zhì)料和負極質(zhì)料配合動手。正極質(zhì)料方面可供我們選擇的高容量的正極質(zhì)料重要有以下兩大類：1)三元質(zhì)料NCM和NCA；2)富鋰質(zhì)料。

三元質(zhì)料是現(xiàn)在最為成熟的高容量的正極質(zhì)料，并且隨著Ni含量的進步，三元質(zhì)料的比容量也會相應的進步，比方高鎳的NCM811質(zhì)料，比容量可達200mAh/g左右，高鎳NCA質(zhì)料比容量也可以到達190mAh/g左右，要遠高于LiCoO2質(zhì)料。富鋰質(zhì)料是比年來新生長起來的高容量正極質(zhì)料，其比容量可以到達200mAh/g以上，乃至是300mAh/g，但是現(xiàn)在富鋰質(zhì)料在市場上還較為少見，究其緣故原由重要有以下幾點：1.不行逆容量高；2.電壓衰降；3.循環(huán)性能差。改進其性能必要從元素摻雜和外貌包覆，以及質(zhì)料布局計劃等方面進舉措手。

高容量的負極質(zhì)料方面，我們重要有以下幾個選項：1)硅基質(zhì)料；2)N摻雜石墨類質(zhì)料；3)過分金屬S化物類質(zhì)料；4)金屬鋰負極。硅負極質(zhì)料不需多說，這也是現(xiàn)在市場上最為成熟可靠的高容量負極質(zhì)料，晶體Si的比容量可達4200mAh/g以上，但是膨脹大、循環(huán)性能差，SiOX固然容量稍低(1500mAh/g左右)，但是循環(huán)性能優(yōu)秀，缺點是初次服從低。N摻雜石墨質(zhì)料是比年來高容量負極質(zhì)料的一個研究熱門，N原子的電負性為3.5左右，在石墨中摻入N元素后，可以明顯的進步石墨負極的比容量，武漢大學的KaifuHuo等[4]利用模版法制備了N摻雜介孔碳中空球質(zhì)料，其在0.1A/g的電流密度下，比容量可達931mAh/g，0.5A/g的電流密度下，循環(huán)1100此，仍舊可以大概連結(jié)485.7mAh/g的比容量。

金屬硫化物重要指的是MoS2，其可逆容量可達1290mAh/g，遠高于石墨質(zhì)料，但是離子擴散速率低、電子電導率低影響其性能發(fā)揮，為了降服之一題目，JieShao等[5]以N摻雜石墨質(zhì)料為基體，在上面生長MoS2納米片，該質(zhì)料體現(xiàn)出了精良的電化學性能，在10A/g的超大電流密度下，比容量仍舊可達915mAh/g。

金屬Li負極比容量可達3860mAh/g，電勢低，導電性好，是一種抱負的鋰離子電池負極質(zhì)料，早期由于寧靜性題目而被石墨質(zhì)料所代替，而比年來隨著Li-S電池和Li-O2電池的快速生長，對金屬Li負極的研究漸漸深入，已經(jīng)有多種本領可以克制鋰枝晶的生長，降服金屬Li充放電歷程中的體積膨脹，進步金屬Li負極的寧靜性，改進循環(huán)性能，金屬Li負極在鋰離子電池中應用的機遇已經(jīng)成熟，據(jù)估算將鋰離子電池的負極更換為金屬鋰，可以將鋰離子電池的能量密度進步到440Wh/kg左右[6]。隨著電動汽車市場的進一步擴大和對續(xù)航里程要求的不斷提升，整車企業(yè)對動力電池在安全、能量密度、制造成本、循環(huán)壽命和產(chǎn)品附加屬性等方面都提出了更高的要求。在原材料領域尚未獲得巨大突破的前提下，適當增大電池的體積以獲得更多的電池容量便成為一種可探索的方向。