外置电源给锂离子电池充电的时候,正极上的电子e通过外部电路跑到负极上,锂离子Li+从正极活性物质颗粒内部“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上曲曲弯弯小孔隙,“游泳”到达负极,与早就已经冲过来的电子联系在一起,进入到负极活性物质颗粒内部。如果负极没有接受锂离子所在的位置,锂离子会在负极表面析出,形成锂枝晶,刺入隔膜,导致电池内短路,引发热失控。所以,在锂电池设计的时候,负极往往需要过量设计以避免此类情况出现,主要包括两个方面:
Overhang的介绍
overhang会影响到电池电化学性能,正负极完全重叠,没有overhang设计的电池性能最好,不过因为工程精密度难以实现这样的情况下,电池反而更容易出现析锂。overhang会使锂离子扩散至此并残存导致容量损失,尤其是如果在充电状态下长时间保存更加明显。放电后再加小电流恒压放电能使overhang地区残存锂离子扩散回重叠地区发挥作用。
(1)N/P设计,即单位面积内负极容量与正极容量的比值,NP比一般为1.1-1.5之间,确保负极具备一定的过量以避免锂枝晶析出,NP比具体数值按照不用材料体系的设计考虑。
(2)Overhang设计,Overhang是指负极极片长度和宽度方向多出正负极极片以外的一部分。
负极过量以上两个方面的设计都应该考虑电池制造工程能力,例如涂布面密度精密度,极片尺寸精度,电芯组装精密度等方面,在生产制造精密度范围内务必确保负极过量。从锂电池能量密度和成本角度考虑,负极过量又应该尽可能低。可是,实际的情况非常复杂,N/P设计和Overhang设计都应该结合各因素考虑各个方面因素。