锂离子电池电极中多级孔道结构设计

• 作者: 汪宇 张禹 童微雯 叶光华 周兴贵 袁渭康
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 锂离子电池 电极 扩散限制 多级孔道 优化
• 年，卷（期）: 2022,（12）
• 所属期刊栏目: 能源和环境工程
• 页码范围: 6340-6350
• 页数: 10页
• 分类号: TQ028.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210813

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10 μm较优。当电极厚度为200 μm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≤50 μm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。