硅碳锂离子电池注液量要比传统石墨电池多

人们发现锂离子电池之所以能具有出色的稳定性能主要是因为电解液可以在石墨表面生成稳定的SEI膜，因此石墨可一直被用作商业化锂离子电池的负极材料。但石墨的低容量严重限制了高比能量锂离子电池的发展，为此硅基材料开始走上历史的舞台。硅的高理论比容量使之一跃成为明星材料，但其严重的体积膨胀效应会破坏其表面的生成的SEI膜，导致电解液会在硅表面持续分解，造成电池的性能不断下降。为使硅材料实现真正的应用，各种各样的抑制硅体积变化的材料被提出，其中硅碳复合材料最为引人瞩目。

但无论是石墨还是硅基材料，它们得到真正应用的关键因素在于其表面能否生成稳定的SEI膜。尽管电解液是生成SEI膜的关键性因素，但是电解液注液量对硅电极的影响却鲜有报道，目前许多文献中电解液的用量通常借鉴于纽扣电池，但实际情况是纽扣电池的电解液用量往往是过量的，而且除了电池性能外，电解液用量的多少也在一定程度上决定了电池成本的高低。

为了探究这个问题，确定电解液的最佳用量，美国橡树岭国家实验室的DavidL.Wood,III与SeongJinAn教授就电解液注液量对C/NMC[1]和Si-C/NMC[2]锂离子电池性能的影响进行了深入研究。

一、注液量对石墨/NMC532性能的影响

实验结果证明，要想获得具有最佳的循环性能以及低阻抗的电池，需要的最小电解质体积因子为电池组件（正极，负极和隔板）的总孔体积的1.9倍。过少的电解质会导致测量时欧姆电阻增加。相对于初始值，在100次循环后，正极处的电荷转移和钝化层的电阻增加1.5-2.0倍，电荷转移的电阻比钝化层高2-3倍。差分电压分析表明，当电池循环放电后，负极放电后脱锂量减少。但注入过量电解液后对电池的循环稳定性并没有明显的提升，还原阻抗反而进一步增加。

【拓展知识】

电解质体积因子：f=电解质体积/总孔体积；

其中总孔体积=正极孔体积+负极孔体积+隔膜孔体积

本文中，作者所使用电极和隔膜的孔体积见下表：

2、注液量对石硅碳/NMC532锂电性能的影响

实验结果发现硅碳/NMC532电池要想获得最好的循环性能，需要最小电解质体积因子为电池组件（正极，负极和隔膜）的总孔体积的3.1倍。电解质过少导致欧姆和电荷转移电阻的增加，并且可以明显观察到锂枝晶的生成。并且随着电池放电的进行，负极的电阻显著增长。但电解液过量时，电池容量变化和容量衰减较快，SEI膜的厚度随着电解质体积因子的增加而增加并且在循环后变得不均匀。

虽然两种类型的电池注液量有所不同，但都表明电解液的注入量对电池的性能发挥有所影响，并且但电解液过少都会导致阻抗增加，循环稳定性降低。但一味地增加电解液的量也并不是一件好事，在增加成本的同时，还可能对电池的性能有负面影响。