鋰離子電池主要由正極、負(fù)極和電解液等部分構(gòu)成，其中電解液雖然不提供容量，但是卻承擔(dān)著在正負(fù)極之間傳導(dǎo)Li+的重要作用，因此鋰離子電池的循環(huán)壽命和倍率性能等特性都與電解液之間有著密切的關(guān)系。由于電解液在鋰離子電池工作的過程中會(huì)持續(xù)的在正負(fù)極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，因此注液量過少對于鋰離子電池的循環(huán)壽命不利，同時(shí)如果電解液數(shù)量過少，也會(huì)導(dǎo)致部分活性物質(zhì)無法浸潤，因此不利于電池容量的發(fā)揮，但是注液量過多也會(huì)造成鋰離子電池能量密度下降，成本升高等問題，因此如何確定合適的注液量，對于鋰離子電池在性能和成本之間的平衡就顯得尤為重要。

近日，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Florian J. Günter（第一作者，通訊作者）就對注液量對于鋰離子電池浸潤速度、能量密度和壽命性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究

。實(shí)驗(yàn)中作者采用了軟包電池作為研究對象，其中包含13片負(fù)極和12片正極，其中正極采用了NCM111材料，負(fù)極采用了石墨，正負(fù)極的基本參數(shù)如下表所示。采用的電解液為1mol濃度的LiPF6溶液（EC：EMC=3:7，2%的VC）。

為了保證電解液能夠充分浸潤電極，注液過程是在80mBar的高真空環(huán)境下進(jìn)行的，電解液的用量可以通過下式進(jìn)行計(jì)算，其中vf為體積比系數(shù)，范圍為0.6-1.8，電池內(nèi)部的微孔體積約為8.85ml，下表為采用不同體積比系數(shù)vf時(shí)電池的注液量與電池容量等基本信息。

隨著電解液浸潤程度的增加，電池內(nèi)能夠參與反應(yīng)的兩相界面不斷增加，因此如果我們采用交流阻抗手段對電池阻抗進(jìn)行測量，就能夠發(fā)現(xiàn)電池的高頻阻抗在持續(xù)降低，這也為我們實(shí)時(shí)監(jiān)測電池浸潤提供了一種新的方式。從下圖不同注液量后電池高頻阻抗的變化能夠看到注液量更多的情況下，電池在注液后高頻阻抗也下降的更多，但是當(dāng)電解液與微孔體積比系數(shù)增加到1以上時(shí)，電解液量增加對于降低高頻阻抗就影響比較小。同時(shí)我們還能夠注意到電解液量較少的電池在浸潤過程中還有阻抗增加的情況，這主要是由于電解液量不足造成的。

下圖為不同電解液量對于電池在不同倍率下的可逆容量和能量密度的影響，理論上電解液只要填充掉電極和隔膜中所有的孔隙就可以，但是實(shí)際由于電極和隔膜之間仍然存在一定的間隙，電池實(shí)際需求的電解液量要大于1，我們看到當(dāng)電解液體積比系數(shù)從0.6提高到1.2，電池在0.1C的可逆容量也在增加，但是繼續(xù)增加注液量后電池的容量沒有顯著的增加，但是隨著電解液數(shù)量的增加，電池的能量密度在不斷降低。

下圖為不同注液量電池在1C循環(huán)過程中不同倍率容量衰降情況，從圖中能夠注意到注液量比較少的0.6和0.8在經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量就發(fā)生了顯著的衰降，特別是注液量最少的0.6電池的衰降尤為嚴(yán)重，這主要是由于電解液數(shù)量不足引起的浸潤不充分造成，但是當(dāng)電解液數(shù)量過多，達(dá)到1.6-1.8時(shí)，我們也能夠同樣觀察到電池的衰降顯著增加，作者認(rèn)為這可能是由于電解液中過量的VC添加劑造成的。

下圖為不同注液量的電池在不同壽命階段的放電曲線，能夠幫助我們更好的了解鋰損失和電解液不足的影響，在循環(huán)第一周時(shí)，我們能夠看到此時(shí)基本上沒有Li損失，因此電解液量對電池性能的影響占主導(dǎo)地位，因此電池注液量越多，則電池的電壓平臺(tái)越高，電池容量越大。在經(jīng)過100次循環(huán)后，注液量為0.6的電池已經(jīng)失去了放電能力，注液量較多的電池（1.6和1.8）雖然在放電的前期仍然維持了較高的電壓，但是放電后期電壓快速衰降，因此電池的容量也較低，與注液量為0.8的電池的容量接近，注液量較多的電池?fù)p失的可逆容量可能來自于活性Li的損失，而注液量中等的電池（1.2和1.4）則仍然維持了較高的容量。但是在經(jīng)過500次循環(huán)，雖然注液量為1.4的電池容量仍然最高，但是在放電的初期相比于電解液量較多的電池仍然出現(xiàn)了較多的電壓衰降。

下圖為不同注液量的電池恒壓充電容量在電池容量中的占比，電池恒壓充電容量占比主要反應(yīng)電池充電過程中的極化情況，電池極化越大，則更早的進(jìn)入到恒壓充電階段，因此恒壓充電容量占比也就更大，因此我們從下圖能夠看到對于所有的電池充電倍率越大，則電池極化越大，恒壓充電容量占比也就越高。從下圖中我們能夠看到電池的注液量越多則電池恒壓充電容量占比越低，極化越小。

下圖為不同注液量的電池在浸潤后、化成后、排氣后和循環(huán)后的高頻阻抗變化，從下圖能夠看到整體上隨著電池注液量增加，電池的高頻阻抗是在不斷降低的，為了保證電池的性能和循環(huán)壽命，電池的注液量應(yīng)該在1.4左右。

從Florian J. Günter的工作我們可以看到對于鋰離子電池并不是電解液越多越好，電解液過多時(shí)其中過量的成膜添加劑會(huì)不斷消耗電池中的活性Li成分，從而引起鋰離子電池容量衰降加速，而電解液數(shù)量過少則會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)浸潤不充分，從而導(dǎo)致部分活性物質(zhì)無法參與反應(yīng)，從而嚴(yán)重影響循環(huán)壽命，因此合適的電解液量不僅有利于提升能量密度和降低成本，對于提升鋰離子電池的循環(huán)壽命同樣有重要的作用。

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Influence of the Electrolyte Quantity on Lithium-Ion Cells,

Journal of The Electrochemical Society, 166 (10) A1709-A1714 (2019), Florian J. Günter, Clemens Burgstaller, Fabian Konwitschny and Gunther Reinhart