解惑、答疑

影响锂离子电池内阻的影响因素有：电芯极片与极耳设计、原材料、制造工艺、应用等很多方面。本文主要从原材料方面阐述对锂电池内阻的影响。

正负极活性材料：锂电池中正极材料是储Li一方，更多的决定了锂电池的性能，正极材料主要通过包覆与掺杂来改善颗粒之间的电子传导能力。如掺杂Ni后增强了P-O键的强度，稳定了LiFePO4/C的结构，优化了晶胞体积，可有效降低正极材料的电荷转移阻抗。而通过电化学热耦合模型仿真分析得知在高倍率放电条件下，活化极化特别是负极活化极化的大幅增加是极化严重的主要原因。减小负极颗粒粒径可以有效减小负极活化极化，当负极固相粒径减小一半时，活化极化可降低45%。因此，就电池设计而言，正负极材料本身的改善研究也是必不可少的。

导电剂：石墨和炭黑因其良好性能，在锂电池领域应用广泛。相对于石墨类导电剂，正极添加炭黑类导电剂的电池倍率性能更优，因为石墨类导电剂具有片状颗粒形貌，大倍率下引起孔隙曲折系数较大增长，易出现Li液相扩散过程限制放电容量的现象。而添加了CNTs的电池其内阻更小，因为相对石墨/炭黑与活性材料的点接触，纤维状的碳纳米管与活性材料属于线接触，可以降低电池的界面阻抗。 集流体：降低集流体与活性物质间的界面电阻，提高两者之间的粘结强度是提升锂电池性能的重要手段。在铝箔表面涂覆导电碳涂层和对铝箔进行电晕处理可有效降低电池的界面阻抗。相较普调铝箔，使用涂碳铝箔可以使电池的内阻降低65%左右，且可降低电池在使用过程中内阻的增幅。经电晕处理的铝箔交流内阻可降低20%左右，在常使用的20%~90%SOC区间内，直流内阻整体偏小且随放电深度的增加，其增幅逐渐较小。

隔膜： 电池内部的离子传导需依赖电解液中Li离子通过隔膜多孔的扩散，隔膜的吸液润湿能力是形成良好离子流动通道的关键，当隔膜具有更高的吸液率和多孔结构时，能提升导电性减小电池阻抗，提高电池的倍率性能。相较普通基膜，陶瓷隔膜和涂胶隔膜不但能大幅提高隔膜的高温耐收缩性，而且可增强隔膜的吸液润湿能力，在PP隔膜上增加SiO2陶瓷涂层，可使隔膜的吸液量增加17%。在PP/PE复合隔膜上涂覆1μm的PVDF-HFP，隔膜吸液率由70%增加到82%，电芯内阻下降20%以上。

力朗电池深研原材料对电芯内阻的影响机理，进行最优化设计，生产的26650电芯具有内阻低且一致性好的明显优势。

1、影响锂离子电池内阻的影响因素有：电芯极片与极耳、原材料、制造工艺、应用等很多方面。本文主要从电芯极片与极耳设计方面阐述对锂电池内阻的影响。

2、在电芯结构设计中，除了电芯结构件本身的铆接及焊接之外，电芯极片长度，极耳的材质、数量、尺寸、位置等直接影响电芯内阻大小。在一定程度内，增加极耳数量，可有效降低电池内阻。极耳位置也能影响电芯的内阻，极耳位置在正负极极片头部的卷绕电池内阻最大，且相较于卷绕式电池，叠片式电池相当于几十片小电池并联，其内阻更小。

3、力朗电池设计、制造的26650电芯在极耳材质、数量、位置等方面进行最优化设计，电芯具有内阻低且一致性好的明显优势。

影响锂离子电池内阻的影响因素有：电芯极片与极耳设计、原材料、制造工艺、应用等很多方面。本文主要从制造工艺方面阐述对锂电池内阻的 影响。

匀浆工序：合浆时浆料分散的均匀性影响着导电剂是否能够均匀的分散在活性物质中与其紧密接触，与电池内阻相关。通过增加高速分散，可提 高浆料分散的均匀性，电池内阻越小。通过添加表面活性剂可改善提高电极中导电剂的分布均匀性，可减小电化学极化提高放电中值电压。

涂布工序：面密度是电池设计的关键参数之一，在电池容量一定时，增加极片面密度势必会减小集流体和隔膜的总长度，电池的欧姆内阻会随之 减小，因此在一定范围内，电池的内阻随着面密度的增加而减小。涂布烘干时溶剂分子的迁移与脱离与烘箱的温度密切相关，直接影响着极片内粘结剂和导电剂的分布，进而影响极片 内部导电网格的形成，因此涂布烘干的温度也是优化电池性能的重要工艺过程。

辊压工序：在一定程度内，电池内阻随着压实密度的增大而减小，因为压实密度增大，原材料粒子间的距离减小，粒子间的接触越多，导电桥梁和通道越多，电池阻抗降低。而控 制压实密度主要是通过辊压厚度来实现的。不同辊压厚度对电池内阻具有较大程度的影响，辊压厚度较大时，由于活性物质未能辊压紧密致使活性物质与集流体之间的接触电阻增大， 电池内阻增大。且电池循环后辊压厚度较大的电池正极表面产生裂纹，会进一步增大极片表面活性物质与集流体之间的接触电阻。

极片周转时间控制：正极片不同搁置时间对其电池内阻具有较大程度的影响，搁置时间较短时，受磷酸铁锂表面碳包覆层与磷酸铁锂作用力影响 ，电池的内阻增大较为缓慢；当搁置时间较长时(大于23h)，受磷酸铁锂与水反应以及粘合剂的粘合作用共同影响，电池的内阻增大较为明显。因此，实际生产中需严格控制极片的周 转时间。

注液工序：电解液的离子电导率决定了电池的内阻和倍率特性，电解液电导率的大小与溶剂的粘度程反比，同时还受锂盐浓度和阴离子大小的影 响。除了对电导率的优化研究之外，注液量和注液后的浸润时间也直接影响着电池内阻，注液量较少或浸润时间不充分，都会引起电池内阻偏大，从而影响电池的容量发挥。

力朗电池设计、制造的26650电芯进行严谨工艺设计和严格的制造过程管控，电芯具有内阻低且一致性好的明显优势。

在锂电池行业，可反复充电的锂离子电池（下文简称“锂电池”），依据正极材料的不同，主要划分为以下几大类:LiCoO2钴酸锂 （LCO）； LiFePO4磷酸铁锂（LFP）；LiMn2O4锰酸锂（LMO）；LiNixCoyMn(1-x-y)O2镍钴锰/ LiNixCoyAl(1-x-y)O2镍钴铝三元锂 （NCM/NCA）

（1）钴酸锂（LCO）电池:钴酸锂（LCO）作为正极材料的锂离子电池得到了快速的商业化普及，大规模应用到手机、MP3/MP4、笔记本 电脑、蓝 牙设备、平板电脑、电动工具等各种便携式电子设备。

（2）磷酸铁锂（LFP）电池：具有橄榄石结构的磷酸铁锂（LFP），比其他的正极材料更具稳定性， 2004年，磷酸铁锂材料引入中国 ，由于其 独特的热稳定性和安全性，特别适用于新能源汽车领域，得到了比亚迪的大力推广应用，并得到了国轩高科、力神、宁德时代 等企业的跟进。

（3）锰酸锂（LMO）电池：锰酸锂材料（LMO），由于成本低廉，热稳定性高、耐过充性能好、高工作电压的四大特性，是锂电池企业 研究的热 点。截止到2020年底，国内锂电池公司在锰酸锂电池方面也做了多年探索，并在新能源汽车、两轮电动车等领域实现了大规模 商业化应用。

（4）三元锂（NCM/NCA）电池：综合了钴酸锂（LCO）循环性能好，镍酸锂（LNO）高比容量和锰酸锂（LMO）成本低安全性能好的优点 。本世纪 初，得益于对高能量密度、长寿命电池的需求，以镍钴锰材料（NCM）和镍钴铝材料（NCA）为正极的锂电池得到大规模商业化 应用。尤其是在追求长续航里程的新能源汽车领域， NCM/NCA三元锂电池得到了大规模普及，特斯拉采用松下的NCA三元锂电池，宝马、 大众等公司采用了三星、LG的NCM三元锂电池，国内的企业普遍走NCM三元锂路线。

锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂优缺点比较：在锂电池的四大主要材料中，由于钴酸锂（LCO）材料当中金属钴的含量最高，钴是稀有金 属，产地集 中，价格昂贵，所以钴酸锂电池的成本也是最高的，只适合做成小电池，满足便携式电子设备的需求，不适合做成大电池， 应用于动力和储能领域。在大动力（四轮汽车）和小动力 （两轮/三轮）领域，锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂都有大规模的应用，通过仔细 分析它们的优缺点，才能把握未来的发展趋势。

（1）锰酸锂（LMO）电池：锰酸锂材料的突出优点是安全性好、成本低。锰酸锂不含金属钴，所以材料成本是比较低的，制备锰酸锂的二氧化锰 ，储量丰富，分布广泛，成本低廉，这对锰酸锂电池的推广应用有很大帮助。其次，锰酸锂的热管定性好，高温下也不容易分解和热失控，安全性能好，特别适合于对安全性要求较高 的动力领域。锰酸锂电池的主要缺点是高温性能差，循环寿命短，高温下容易发生正极材料的溶解，导致电池的容量出现快速下降，循环寿命快速衰减。与此对应，锰酸锂的低温性能 很好，在零下30℃仍能保持较好的活性，可进行充放电使用。所以锰酸锂电池不太适合温度较高的南方地区，比较适合长期气温偏低，冬季寒冷的北方地区。此外，锰酸锂的倍率性能 好，也适合主打快充产品的市场，当然必须得解决散热问题，否则循环寿命衰减太快，会导致充电速度越快，寿命越短。

（2）三元锂（NCM/NCA）电池：三元锂材料的突出优点是比能量密度高。在三种材料中，三元锂的比能量密度是最高的，比如811材料 的三元锂 电池，单体能量密度可以达到300Wh/kg，几乎是锰酸锂和磷酸铁锂的两倍，具有碾压性的优势。所以三元锂电池特别适合于体 积小、重量轻的应用场景，可获得最多的能量存储和最 远的续航里程，比如纯电动乘用车、电摩等。三元锂的低温特性与锰酸锂相似， 在低温下仍能保持较好的活性，而高温性能明显好于锰酸锂，在高温下工作，循环寿命不会出现快速 衰减。所以三元锂的工作温度范围 很宽，可满足南方和北方的各种气候情况。三元锂材料的突出缺点是成本高，安全性差。因为钴、镍、铝的价格都比较贵，所以三元锂 材料的价格 始终居高不下，在民用级市场推广存在很大的价格劣势。三元锂材料，在高温下的稳定性很差，遇热容易分解并释放氧气， 引起电池热失控，发生燃烧或爆炸。镍含量越高的三元锂 电池，能量密度越高，但是安全性也越差，所以能量密度和安全性在三元材料 上是非常矛盾的。因为成本和安全性两个阻碍，三元锂电池的应用有很大的局限性。

（3）磷酸铁锂（LFP）电池：磷酸铁锂材料的突出优点是成本低、寿命长、安全性好。得益于其优异的热稳定性和结构稳定性，磷酸 铁锂电池 的安全性明显好于三元锂。因为铁元素储量巨大，磷酸铁锂的价格是各种正极材料当中最便宜的。在循环寿命方面，磷酸铁锂 也具有明显的优势，储能用的长寿命磷酸铁锂电池，循 环寿命可以达到6000~8000次循环，动力用的磷酸铁锂电池，循环寿命也可以达到 3000次上下，这一点是锰酸锂和三元锂不能比拟的。

力朗电池研发制造的26650磷酸铁锂电池，由于具有高安全性、高一致性、长循环等显著技术与性能优势及非常高的性价比能力，得 到了国际、 国内一流厂商的广泛应用。

锂离子电池在充电时，锂离子从正极脱嵌并嵌入负极；但是当一些异常情况：如负极嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极阻力太大、锂离子过快的从 正极脱嵌但无法等量的嵌入负极等异常发生时，无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面得电子，从而形成银白色的金属锂单质，这也就是常说的 “析锂” 。

析锂的主要表现有：

在低温条件下，电解液的离子导通率会降低，锂离子从正极脱嵌及嵌入负极的阻抗会大幅增加，且嵌入负极阻抗的增加幅度更大，从而引发析锂 。

电芯大倍率充电时，大量的锂离子从正极脱嵌并来到负极，但由于锂离子嵌入负极的阻抗远大于从正极脱嵌的阻抗，因此蜂拥而来的锂离子无法 100%的保证全部嵌入负极，来不及嵌入的，就会在负极表面得电子并形成金属锂。

当正极涂布偏重或者负极涂布偏轻时，都会造成负极嵌锂空间不足，这样锂离子从正极脱嵌并来到负极后，就会在负极表面得电子并形成金属锂 。

负极压实超过其极限后，会破坏材料的本体结构，并增加锂离子嵌入时的阻力，从而引发析锂。

如负极露箔，充电时锂离子就会在铜箔直接得电子并析锂。

厚度较大或内部卷绕过紧的卷芯，分容后容易变形并会造成极片接触不良，接触不良区域会被电芯内部气体填充、从而失去锂离子迁移通道。最 终形成条状为主的未嵌锂区域，并可能伴有析锂。

电解液作为锂离子导通的通道，如果量少或未能充分浸润极片，刀会引发析锂。 力朗电池在26650设计或制造过程中，充分考量上述析锂现象和 机理，从设计、材料、工艺等多维度确保电芯无析锂现象，从而确保所制造的26650电芯的长循环、高容量、电化学性能稳定等优势。

锂离子电池的低温性能是制约锂电池应用的关键性因素之一，如何提高锂电池的低温性能仍然是目前研究的热点和难点。

电池体系反应过程主要包括Li+在电解液中传输、穿越电解液/电极界面膜、电荷转移以及Li+在活性物质本体中扩散等4个步骤。低温下，各个步 骤的速率下降，由此造成各个步骤阻抗增大，带来电极极化的加剧，引发低温放电容量减小、负极析锂等问题。造成锂离子电池低温性能差，主要有以下3个方面的因素：
1. 低温下电解液的粘度增大，电导率降低；
2. 电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；
3. 锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低. 由此造成低温下电极极化加剧，充放电容量减小。

提高锂电池的低温性能应综合考虑电池中正极、负极、电解液等综合因素的影响，通过优化电解液溶剂、添加剂和锂盐组成提高电解液的电导率 ，同时降低成膜阻抗；对正负极材料进行掺杂、包覆、小颗粒化等改性处理，优化材料结构，降低界面阻抗和Li+在活性物质本体中的扩散阻抗。通过对电池体系整体的优化，减小锂 电池低温下的极化，使电池的低温性能得到进一步提高。

改善正极材料在低温下离子扩散性能的主流方式有：
1.是采用导电性优异的材料对活性物质本体进行表面包覆的方法提升正极材料界面的电导率，降低界面阻抗，同时减少正极材料和电解液的副反应，稳定材料结构。
2.是通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距来提高Li+在本体中的扩散速率，降低Li+的扩散阻抗，进而提升电池的低温性能。
3.是降低材料粒径，缩短Li+迁移路径。需要指出的是，该方法会增大材料的比表面积从而与电解液的副反应增多。

电解液作为锂离子电池的重要组成部分，不仅决定了Li+在液相中的迁移速率，同时还参与SEI膜形成，对SEI膜性能起着关键性的作用。低温下 电解液的黏度增大，电导率降低，SEI膜阻抗增大，与正负极材料间的相容性变差，极大恶化了电池的能量密度、循环性能等。目前，通过电解液改善低温性能有以下两种途径：一是 ，通过优化溶剂组成，使用新型电解质盐等途径来提高电解液的低温电导率；二是，使用新型添加剂改善SEI膜的性质，使其有利于Li+在低温下传导。 力朗电池设计和制造的26650锂 电芯，通过深研锂电池的低温机理，通过对影响电芯低温性能的材料优化和改良、有效提升了电芯的低温性能，26650磷酸铁锂低温电芯高度契合有低温要求的应用场景或项目。

SEI的用途要从其本身的特点来进行分析：①SEI是电极材料与电解液中间的一个界面层，将两者分隔开来。②具有固体电解质的特点。③Li+可以顺利通过，而电子却无法通过。

1、有金属锂和电解液组分之间的反应造成的腐蚀程度是由其表面SEI膜的钝化性能决定的。

2、锂的溶解-沉积过程中必须通过SEI膜发生，而且锂离子通过SEI膜迁移是锂沉积-溶解过程的速率控制步骤，它决定了锂沉积-溶解过程的均匀性。当锂的沉积是均匀的时候，在循环过程中，金属锂就可以大部分防止腐蚀，这样锂电极就可以获得较好的循环效率。

3、锂离子能够通过SEI膜发生锂的沉积和溶解过程，但在溶解和沉积过程中，由于重要由离子组分组成的SEI膜很难适应上述过程锂表面形态的变化，因此SEI膜发生破裂，导致了裸锂的出现，以及它的电解液的更进一步反应，因此在锂的重复沉积-溶剂热过程中，锂和电解液组分不断被消耗，导致锂电极循环性能衰减。

4、SEI膜的破裂会导致形成一些高活性位，从而加速这些部位锂的沉积和溶剂速度，导致锂电极表面电流分配的不均匀性，不均匀性和枝晶的生成导致出现一系列的安全问题，这就是金属锂蓄电池商品化应用遭到失败的重要原因。

充电方式一般为快充、慢充。快充通过非车载充电机采用大电流给电池直接充电，半小时可充满电池80％容量；慢充指交流充电，充电过程需6小时－8小时。

这是电池中存在安全冗余，预留部分电量防止电池过充和过度放电。比如，原来电池容量是在100%，但真正可被使用的大概是80%-90%左右，电量冗余后的数值才是车主真正可使用的电量。因为在充电过程中，电池不能充的太满，也不能将电量放的太空。如果每次电池都满充满放，会大大降低其使用寿命；充得太满，一旦充电系统有故障，就有可能因为“过充”而造成安全事故。