如何设计提高电池电芯的容量密度？

提高电池的能量密度(仅限于容量型电池)，是设计电池的第一要务。

容量不够，单价再低、循环再好、安全性再高，做出来的电池也可能无人问津。那么如何才能提高电池的能量密度呢？主要可以从几个方面考虑：

1.增加对电池容量有贡献的材料的性能；

2.减少对电池容量没有贡献的材料的体积；

3.使用更先进的生产设备；

4.改进制成工艺条件并进行更严格的生产监控；

5.对影响容量的杂项进行优化；

下面开始分类分别讨论：

1.增加对电池容量有贡献的材料的性能：这里主要就是对正负极活性物质而言，是提高容量密度最为直接的方法。主要的方向包括：

①使用克发挥更大的材料：例如正极的富锂材料、高电压三元材料、高电压钴酸锂材料、二元材料等；负极的软碳硬碳、硅锡基化合物等。

②使用压实密度更大的正负极材料。

③使用粘结性、导电性更好的活性物质：这样可以减少粘结剂、导电剂在敷料中的含量，从而提高单位质量敷料所能发挥的容量；另外粘结剂、导电剂的用量减少也可以提高材料活性物质的压实等加工性能。

④使用厚度反弹更小的材料：锂离子电池循环后，厚度会有一定的反弹；设计时需要预留循环后的反弹厚度；而当使用了厚度反弹更小的材料时(依目前所见来看，这些材料也同时是循环性能很好的材料)，则可以将省掉的厚度反弹预留空间转给电芯的设计厚度，从而增加电芯的设计容量。

⑤选择搭配性能更优的材料体系：单一的“好正极”、“好负极”与“好电解液”搭配在一起，并不能保证做出“好电池”。匹配性不好的材料组合在一起，不仅会降低电池的循环性能，也可能影响到倍率性能甚至正负极的克发挥；同理，当材料匹配性更好时，克发挥、循环、膨胀率等性能或许都可以得到改善。

随着锂离子电池材料技术的日益成熟，常见的钴酸锂和石墨的潜能已经近乎发挥到了极限。而今后如果能生产出成熟的其他体系，则对锂离子电池的能量密度提升将会有革命性的影响！

2.减少对电池容量没有贡献的材料的体积：这一项比较杂，主要包括：使用更薄的铝塑膜、使用更薄的电池隔膜、使用更薄的极耳、使用更薄的铜箔和铝箔、使用更薄的透明胶纸等。

可以看出，这方面的改善基本都以“薄”为定语。在有限的体积下，对容量无直接贡献的铝塑膜、隔膜等的体积的减少，就意味着能够提供容量的化学物质的增多，从而提高电芯容量。

但是当这些材料更薄时，其机械强度、安全性能就会受到影响；这一方面需要辅料制造厂能在基本不降低材料性能的前提下缩小体积，一方面又需要电芯制造厂变更工艺、制成参数甚至设备(例如，更薄的铝箔意味着更高的棍压延伸系数并增加涂布、棍压时的断片概率；更薄的隔膜有更高的短路率风险；更薄的铝塑膜更容易产生脚位破损；更薄的极耳会降低电池的倍率性能等等)。

更换这些更薄的材料需要电池厂做大量的认证，试产数量过少则无法准确得出统计数据，过多万一问题太大则又造成了浪费。与提高活性物质性能相比，降低非活性物质的含量显得思路更多，涉及到得方面也同样宽泛。