锂离子电池电极中多级孔道结构设计

摘要

在较高充放电速率下,锂电池电极中Li+扩散受限严重,致使电池性能显著降低.为了减弱扩散限制,设计电极的孔结构是一种行之有效的方法.本工作以LiCoO2正极为模型电极,利用建立的二维模型,优化了电极中含低曲折因子孔道的多级孔道结构.这些低曲折因子孔道可作为Li+传输的"高速公路",优化其孔隙率和孔径,可大幅度提升高放电倍率下的能量密度.低曲折因子孔道的最佳孔隙率高度依赖于其孔径,其直径小于10μm较优.当电极厚度为200μm且总孔隙率为0.36时,优化后的多级孔电极相比于传统电极,能量密度可提高45.9％～91.4％.此外,当Li+的扩散限制较弱时(例如,电极厚度≤50μm和总孔隙率≥0.48),优化电极的多级孔结构并不会显著提升电极性能.本工作可为锂电池电极中多级孔道结构的设计提供一定的指导.