怎样做好半固态电极使锂离子电池比能量得到提升？

根据《中国制造2025》的规划目标，2020年锂离子电池单体比能量达到300Wh/kg，2025年达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。提升能量密度是锂离子电池研究永恒的话题，行业内普遍认为，锂离子电池技术的近期目标是通过高镍三元正极、硅碳负极实现单体300wh/kg，中期(2025年)目标是基于富锂锰基/高容量Si—C负极，实现400wh/kg。

锂离子电池比能量的提升离不开材料技术的进步和生产工艺的提升。目前，关于锂离子电池的研究工作多集中在开发新的电极活性材料，隔膜和电解质材料，却很少关注电极和电池结构对电池性能的影响。比如通过优化电极的结构，可以提高电极的导电性和其对电解液的浸润性能，加快电子和离子在整个电极内部的传输速率，进而提升电池的能量密度和倍率性能。

提升涂布量是提升锂离子电池能量密度的有效方式，但是随着涂布量的上升，我们会发现锂离子电池的电性能，特别是倍率性能和循环性能出现了显著的下降，这主要是因为锂离子电池的电极是由颗粒组成的多孔结构，其中的孔隙复杂、迂曲度高，会显著增加锂离子在其中扩散的阻力。能量密度提高以后，电极设计问题更突出。活性物质在电池中的占比是影响电池比能量的一个重要因素。同样正负极材料，同样的克容量，如果一个电池里面活性物质质量占比较小的话，电池的能量密度就低。所以要提高能量密度，一定要从相同重量的电池里面尽量多地填充活性物质。活性物质多一定是辅助材料少，铜箔要减少、铝箔要减少；其实最主要的是将电极做厚，电极厚了，集流体和隔膜的用量也就减少了。然而，如何获得既具有良好的电子/离子传输特性，又具有较高活性物质负载量的厚电极是一个巨大的挑战。锂离子电池电极不能做厚，厚了之后电极表面极化就变大了，电极在厚度方向的利用率就降低，而且会造成充电过程中负极析锂、正极分解等问题。从提高能量密度来讲，希望越厚越好；但是极化理论告诉我们，电极越薄越好，这两者是完全矛盾的。随着能量密度提高，比如一个单体100wh/kg，现在变成300wh/kg，意味着单位重量的材料所承担的电流同步提高，因此对于高能量密度电池，保持功率性能是非常难的，所以高载量的电极设计技术越来越重要。

越靠近隔膜的时候液相电流是越大的，这个电流就是外部电流；沿着极片厚度方向，液相电流慢慢减少，固相电流逐渐增加。所以越靠近隔膜电极孔隙应该越高，越靠近电极的集流体，电极孔隙可以越低。