提高電池的能量密度，是設(shè)計(jì)電池的第一要?jiǎng)?wù)。

容量不夠，單價(jià)再低、循環(huán)再好、安全性再高，做出來(lái)的電池也可能無(wú)人問(wèn)津。那么如何才能提高電池的能量密度呢?主要可以從幾個(gè)方面考慮：

1.增加對(duì)電池容量有貢獻(xiàn)的材料的性能;

2.減少對(duì)電池容量沒(méi)有貢獻(xiàn)的材料的體積;

3.使用更先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備;

4.改進(jìn)制成工藝條件并進(jìn)行更嚴(yán)格的生產(chǎn)監(jiān)控;

5.對(duì)影響容量的雜項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化;

下面開(kāi)始分類(lèi)分別討論：

1.增加對(duì)電池容量有貢獻(xiàn)的材料的性能：這里主要就是對(duì)正負(fù)極活性物質(zhì)而言，是提高容量密度最為直接的方法。主要的方向包括：

①使用克發(fā)揮更大的材料：例如正極的富鋰材料、高電壓三元材料、高電壓鈷酸鋰材料、二元材料等;負(fù)極的軟碳硬碳、硅錫基化合物等。

②使用壓實(shí)密度更大的正負(fù)極材料。

③使用粘結(jié)性、導(dǎo)電性更好的活性物質(zhì)：這樣可以減少粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑在敷料中的含量，從而提高單位質(zhì)量敷料所能發(fā)揮的容量;另外粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的用量減少也可以提高材料活性物質(zhì)的壓實(shí)等加工性能。

④使用厚度反彈更小的材料：鋰離子電池循環(huán)后，厚度會(huì)有一定的反彈;設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留循環(huán)后的反彈厚度;而當(dāng)使用了厚度反彈更小的材料時(shí)(依目前所見(jiàn)來(lái)看，這些材料也同時(shí)是循環(huán)性能很好的材料)，則可以將省掉的厚度反彈預(yù)留空間轉(zhuǎn)給電芯的設(shè)計(jì)厚度，從而增加電芯的設(shè)計(jì)容量。

⑤選擇搭配性能更優(yōu)的材料體系：?jiǎn)我坏摹昂谜龢O”、“好負(fù)極”與“好電解液”搭配在一起，并不能保證做出“好電池”。匹配性不好的材料組合在一起，不僅會(huì)降低電池的循環(huán)性能，也可能影響到倍率性能甚至正負(fù)極的克發(fā)揮;同理，當(dāng)材料匹配性更好時(shí)，克發(fā)揮、循環(huán)、膨脹率等性能或許都可以得到改善。

隨著鋰離子電池材料技術(shù)的日益成熟，常見(jiàn)的鈷酸鋰和石墨的潛能已經(jīng)近乎發(fā)揮到了極限。而今后如果能生產(chǎn)出成熟的其他體系，則對(duì)鋰離子電池的能量密度提升將會(huì)有革命性的影響!

2.減少對(duì)電池容量沒(méi)有貢獻(xiàn)的材料的體積：這一項(xiàng)比較雜，主要包括：使用更薄的鋁塑膜、使用更薄的電池隔膜、使用更薄的極耳、使用更薄的銅箔和鋁箔、使用更薄的透明膠紙等。

可以看出，這方面的改善基本都以“薄”為定語(yǔ)。在有限的體積下，對(duì)容量無(wú)直接貢獻(xiàn)的鋁塑膜、隔膜等的體積的減少，就意味著能夠提供容量的化學(xué)物質(zhì)的增多，從而提高電芯容量。

但是當(dāng)這些材料更薄時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度、安全性能就會(huì)受到影響;這一方面需要輔料制造廠(chǎng)能在基本不降低材料性能的前提下縮小體積，一方面又需要電芯制造廠(chǎng)變更工藝、制成參數(shù)甚至設(shè)備(例如，更薄的鋁箔意味著更高的棍壓延伸系數(shù)并增加涂布、棍壓時(shí)的斷片概率;更薄的隔膜有更高的短路率風(fēng)險(xiǎn);更薄的鋁塑膜更容易產(chǎn)生腳位破損;更薄的極耳會(huì)降低電池的倍率性能等等)。

更換這些更薄的材料需要電池廠(chǎng)做大量的認(rèn)證，試產(chǎn)數(shù)量過(guò)少則無(wú)法準(zhǔn)確得出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，過(guò)多萬(wàn)一問(wèn)題太大則又造成了浪費(fèi)。與提高活性物質(zhì)性能相比，降低非活性物質(zhì)的含量顯得思路更多，涉及到得方面也同樣寬泛。

3.使用更先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備：先進(jìn)的設(shè)備主要是為了提高制成的一致性、減少生產(chǎn)的波動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到在不變更均值的前提下提高最小值，而決定一批電芯質(zhì)量的，恰恰是這里所說(shuō)的被提高的最小值。舉下面兩個(gè)例子：

①當(dāng)涂布機(jī)的涂布公差更小時(shí)，最小容量/設(shè)計(jì)容量就可以提高，如果客戶(hù)是對(duì)最小容量有要求的話(huà)，那就相當(dāng)于在設(shè)計(jì)容量不變時(shí)，提高了最小容量，也就是說(shuō)提高了評(píng)估給客戶(hù)的電芯的容量;同時(shí)正負(fù)極的涂布偏差降低，在考慮了首次效率、循環(huán)后容量衰減等因素后，設(shè)計(jì)負(fù)極過(guò)量就可以適度降低，從而電池有更多的正極材料、也就相當(dāng)于有了更多的容量。

②當(dāng)滾壓機(jī)的精確度提高后，由于實(shí)際滾壓時(shí)誤差的減少，設(shè)計(jì)壓實(shí)就可以更為接近材料的最大壓實(shí)，從而提高設(shè)計(jì)容量和制成電芯容量;滾壓出極片的厚度更為一致，這樣就相當(dāng)于增加了電芯厚度的一致性，進(jìn)而可以在設(shè)計(jì)時(shí)選擇更小的maxTHK-designTHK，從而提高設(shè)計(jì)容量(分切刀寬度、卷尺寬度、分容柜精確度等與之類(lèi)似，不再贅述)。

4.改進(jìn)制成條件并進(jìn)行更嚴(yán)格的生產(chǎn)監(jiān)控。生產(chǎn)控制方面學(xué)問(wèn)頗多，列舉一二：

①減少滾壓后到卷繞前的轉(zhuǎn)序時(shí)間：這樣可以減少極片的厚度反彈，從而更好的控制電芯厚度。電芯厚度如果明顯低于最大厚度的話(huà)，就可以適當(dāng)提高設(shè)計(jì)厚度，從而提高電芯設(shè)計(jì)容量。

②穩(wěn)定分容房的溫度：溫度對(duì)電芯分容容量的影響頗大，低溫可能造成將容量本合格的電芯作為低容而轉(zhuǎn)到二次分容從而浪費(fèi)資源，高溫則可能將容量較差的電芯作為合格品出貨。

如同短板原理一樣，一批電芯的容量，以出貨電芯的最低值計(jì)，一批電芯的厚度，以出貨電芯的最大厚度計(jì)。人的操作在目前我國(guó)這種勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)中，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響尤為重要。生產(chǎn)中，若操作人員和品質(zhì)人員可以盡量低的減少人為操作的誤差、減少制成時(shí)的波動(dòng)，也就相當(dāng)于增加了木桶中最短板的長(zhǎng)度，從而提高了電池的容量、減少了電池的厚度。

5.對(duì)影響電芯容量的雜項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化。

滿(mǎn)充電芯拆開(kāi)，負(fù)極主體應(yīng)該是均勻的完美金黃色。但是當(dāng)人為操作、材料和設(shè)備乃至設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，各類(lèi)的小毛病例如：卷芯負(fù)極第一圈析鋰、隔膜打皺處析鋰、涂布時(shí)正負(fù)極尾部膜密度不均勻析鋰等問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)。從容量角度來(lái)看，析鋰很可能造成容量的偏低;若可以杜絕類(lèi)似情況，則相當(dāng)于增加了電芯的容量;若無(wú)法杜絕此類(lèi)情況，則需要從設(shè)計(jì)上更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其發(fā)生的概率和可能產(chǎn)生的影響的大小，從而避免一些電芯由于本可以預(yù)測(cè)到的問(wèn)題而被報(bào)廢。