怎么样提升电池的循环寿命

电池设计自下而上分为材料级、电极级、电池级和系统级四个层次，每个层次的设计都会对锂离子电池的使用寿命出现显著的影响。

1.材料设计

首先我们来看电池材料的选择，锂离子电池的材料设计重要包括正负极活性物质、电解液、导电剂和粘接剂的选择，合适的设计能够有效的减少界面副反应，提升锂这里电池的循环寿命，例如在高镍NCM材料的设计中假如采用梯度浓度设计能够有效的改善高镍材料的循环寿命和热稳定性，采用单晶材料替代原有的二次颗粒材料也能够有效的改善循环稳定性，关于电解液设计而言合适的添加剂能够在电极表面生成更加稳定的界面膜，例如研究表明在电解液中添加FEC能够有效的减少SEI膜的生长，进而减少活性Li的损失，提升电池的循环寿命。

锂离子电池全生命周期衰降机理及应对方法

2.电极设计

不仅材料的选择关于锂离子电池的寿命非常重要，正负极电极的设计关于锂离子电池的寿命同样存在重要的影响，例如活性物质/导电剂/粘结剂的配比和电极的涂布厚度等参数都会显著的影响锂离子电池的寿命。

关于正负极设计而言，一个重要的参数就是负极与正极容量之间的比例，也就是我们通常所说的N/P比，这一比值通常大于1，这样有利于防止负极析锂，提升锂离子电池的寿命和安全性，但是在N/P设计时还要考虑首次充电过程中SEI生成时对Li的消耗，过高的N/P比设计会导致过量的Li消耗，从而导致首次库伦效率的降低。

活性物质颗粒直径的选择也非常重要，随着活性物质颗粒直径的降低，虽然电池的功率性能会有所上升，但是由于材料的比表面积的升高，会导致电极的副反应新增，影响锂离子电池的寿命。并且随着颗粒直径的降低也会导致电极的压实密度的降低，进而影响锂离子电池的能量密度，但是小颗粒能够减少电极体积膨胀关于材料本身的破坏，这关于提升材料（特别是Si材料）的循环寿命非常重要，因此关于锂离子电池而言正负极活性物质的颗粒粒径的选择也是一个非常重要的内容。

电极的孔隙率也是电极设计的一个重要参数，提高电极的孔隙率有助于t提高Li+在电极内的扩散速度，从而提升锂离子电池的功率性能，但是较高的孔隙率也会导致活性物质之间接触较弱，从而导致电子阻抗较大，同时较高的孔隙率也不利于锂离子电池的能量密度的提升。

电极厚度的设计可以说是一个非常重要的参数，小的电极厚度有利于Li+的扩散，从而提升锂离子电池的倍率性能，但是也会导致铜箔/铝箔集流体等非活性物质在电池中占比过大，影响锂离子电池的能量密度，因此高能量密度锂离子电池的设计通常最为有效的办法就是提升电极的涂布厚度，但是过厚的电极也会引起电池极化的新增，影响电池的性能，同时也更容易导致负极表面析锂，影响锂离子电池的寿命。

3.单体电池设计

电芯结构大体上可以分为两类：1）叠片式结构；2）卷绕式结构（如下图所示），卷绕式结构生产效率高，但是在边缘弯曲处会形成较大的应力和变形，这会导致电极内部Li浓度的分布不均，影响锂离子电池使用寿命和安全性。叠片式结构生产效率较低，但是极片受力更加均匀，因此一致性更好。

锂离子电池全生命周期衰降机理及应对方法

锂离子电池从外形上可以大致分为三类：1）圆柱形电池；2）方形电池；3）软包电池，通常我们认为圆柱形电池由于散热面积相对较少，容易在电池内部出现热量积累，而方形电池和软包电池散热效果相对较好，但是圆柱形电池受力较为均匀，因此使用中不容易变形，而方形电池和软包电池受到的约束力相对较小，因此在使用中容易发生变形，影响电池的正常使用。

4.单体电池设计

系统设计关于锂离子电池的使用寿命同样重要，锂离子电池成组模式有先并后串和先串后并两种模式，基于安全性和可靠性的考虑目前锂离子电池组设计通常采用先并后串的模式。

在单体电池组合时为了稳定电池组的结构，通常要施加一定的压力，而压力大小关于锂离子电池的循环寿命有着一定的影响，研究表明施加一定程度的压力有利于提升电极之间的接触，从而改善电池的使用寿命，但是当压力过高时由于电池内阻新增，引起负极极化的新增，从而导致负极析锂等问题，使得锂离子电池寿命在较大压力下急剧衰降，因此选择合适的压力关于锂离子电池的寿命提升同样重要。

锂离子电池全生命周期衰降机理及应对方法

XuebingHan和欧阳明高院士通过自下而上的方法分析锂离子电池的负极、正极和全电池的衰降机理，并从材料、电极、电池和系统四个层级逐一分析了改善锂离子电池寿命的方法和手段，关于指导锂离子电池的设计和生产具有重要的意义。