锂电池-设计-电池的极片面容量一般都是多少

锂电联盟会长 2024-08-10 12:38
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!
面容量,作为极片设计的核心考量因素,指的是单位极片面积上所能承载的存储容量,普遍采用mAh/cm²或Ah/m²等度量单位来量化。这一参数对电池的能量密度与功率密度具有直接且显著的影响,因此,在极片布局时,需紧密结合电池的实际应用场景需求,精细调控面容量水平,以实现电池综合性能的最佳化平衡。
追求较高的面容量,往往要求极片涂层承载更高的负载,进而在维持相同压实密度的前提下,导致极片厚度相应增加。此设计策略通过减少电池中非活性组分的占比,显著提升了活性材料的装载量,不仅能够增强电池的能量密度,还有助于成本效益的优化。例如,当电极厚度从25微米(约等同于8毫克/平方厘米活性材料负载)跃升至200微米(约等同于64毫克/平方厘米活性材料负载)时,非活性组分比例可从44重量百分比锐减至12重量百分比,活性材料负载量增幅超过30%,直观反映在电池能量密度的显著提升上(如图1a所示)。
然而,电极厚度的增加也伴随着挑战:电荷(包括电子与离子)的传输路径延长,电阻相应增大,影响了电荷转移的动力学效率。具体而言,锂离子在更厚的电极中需要更长时间才能抵达并存储于活性位点,这限制了电池的快速充放电能力,即倍率性能,同时也可能对能量密度的进一步提升构成瓶颈(如图1b所示)。此外,在制造过程中,厚电极的干燥阶段易引发断裂与分层问题,为生产稳定可靠的电极结构带来了技术难题(如图1c所示)。
综上所述,电极的面容量(或厚度)设计需寻求一个平衡点,即在保证电池能量密度最大化的同时,避免由厚度增加带来的性能折损与制造难度提升。这一最优区间的确定,是提升电池综合性能、满足多样化市场需求的关键所在(如图1b所示)。
图1  厚电极设计的机遇与挑战
当前,商业化电池领域中,极片涂层的面容量究竟处于何种水平?为了洞悉这一设计参数的实际应用情况,我们综合了商业电池详尽的分析报告与拆解数据,对极片的面容量进行了系统性归纳与总结。在探索这一关键指标时,面容量的测定与计算方法展现出两大主流路径:
  1. 直接拆解测试法:此方法涉及将商业电池精细拆解,剥离单侧涂层极片,并巧妙地将这些极片重新组装成小型纽扣电池进行测试。通过精确测量所得容量与对应极片面积,我们能够直接计算出面容量。值得注意的是,在此过程中,往往采用较低的测试倍率,以确保测得的面容量更贴近设计时的理论预期值,从而反映出更为真实的性能水平。

  2. 间接容量推算法:另一种方法则依赖于电池的额定容量与拆解后精确测量的极片涂层面积。首先,通过官方或实测获取的电池额定容量作为起点,随后结合拆解数据中的涂层面积信息,计算出正极极片的面容量。对于负极面容量,则通常依据N/P比(负极与正极活性物质的质量比)为1.1的业界惯例进行估算。然而,这种方法可能因多种因素导致计算结果较直接测试法偏低,反映了在理想条件与实际使用之间的差异。

以下是基于上述两种方法得出的详细面容量结果汇总,以表格形式清晰呈现,便于直观理解与分析商业电池极片面容量的设计现状。
如图2清晰展示了正极面容量与电池功率能量比之间的内在联系。这一比例直观地反映了电池性能的两个关键维度:当电池的功率与能量比值倾向于增大时,标志着其功率特性更为优越,即电池能够更快地进行充放电;反之,若该比值减小,则意味着电池的能量密度更高,即单位体积或质量内储存的能量更多。
在电池设计的广阔领域中,主要可划分为两大类别:功率型电池与能量型电池。功率型电池,以其卓越的倍率性能脱颖而出,即便在高速充放电条件下也能保持高效稳定,然而,这一优势往往伴随着能量密度的相对牺牲。为实现这一目标,功率型电池通常采用低面容量的薄极片设计策略,以优化电荷传输路径,减少内阻,从而提升功率响应速度。
相比之下,能量型电池则专注于提升能量密度,致力于在有限的空间或重量内储存更多能量,以满足长续航需求。然而,这一特性往往伴随着功率特性的妥协。为实现高能量密度,能量型电池倾向于采用高面容量的厚极片设计,通过增加活性材料负载量来储存更多能量,但这也增加了电荷传输的复杂性和时间成本,影响了电池的快速充放电能力。
综上所述,正极面容量作为连接电池功率与能量特性的桥梁,在电池设计中扮演着至关重要的角色,其设计选择直接决定了电池是偏向于功率型还是能量型的应用场景。
图2  正极面容量与电池功率能量比的关系
在提及的电池阵列中,A123公司于2009年推出的18650磷酸铁锂电池以其极低的极片面容量——仅1.27mAh/cm²脱颖而出,明确彰显了其作为功率型电池的定位。这款电池通过采用超薄极片设计,极大地削减了锂离子在传输与扩散过程中的阻力,赋予了它高功率输出与超快速充电的非凡能力。
LG化学的HB2与HB4系列18650电池同样沿用了薄极片设计理念,其面容量维持在低于2.0mAh/cm²的水平,进一步印证了它们在功率型电池领域的典型代表地位。
相比之下,特斯拉的4680电池以其卓越的极片面容量设计引领行业前沿,高达4.91mAh/cm²,这得益于负极采用的干法电极工艺,该工艺巧妙地绕开了传统湿法涂布干燥工艺对极片厚度的限制,使得石墨负极厚度跃升至250微米以上,预示着面容量潜力可逼近5.4mAh/cm²。尽管配套的高正极面容量设计以及相对厚实的电池壳体与零部件设计使得其当前能量密度并未达到极致,但无疑为未来的性能提升预留了广阔空间。
此外,松下为特斯拉汽车量身打造的18650与21700电池,以及LG化学的E78软包电池、三星的48G21700电池,均展现出高于4.0mAh/cm²的高面容量设计,彰显了这些产品在高能量密度与高性能方面的卓越追求。
至于其他多数电池产品,它们的极片面容量设计则大多落在了一个相对均衡的区间——2.5至4.0mAh/cm²之间,既兼顾了能量密度也考虑了功率特性,满足了市场上多样化的应用需求。
来源:锂想生活
锂电联盟会长向各大团队诚心约稿,课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿,请联系:邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。
相关阅读:
锂离子电池制备材料/压力测试
锂电池自放电测量方法:静态与动态测量法
软包电池关键工艺问题!
一文搞懂锂离子电池K值!
工艺,研发,机理和专利!软包电池方向重磅汇总资料分享!
揭秘宁德时代CATL超级工厂!
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看!
锂离子电池生产中各种问题汇编
锂电池循环寿命研究汇总(附60份精品资料免费下载)

锂电联盟会长 研发材料,应用科技
评论 (0)
  • 随着汽车向智能化、场景化加速演进,智能座舱已成为人车交互的核心承载。从驾驶员注意力监测到儿童遗留检测,从乘员识别到安全带状态判断,座舱内的每一次行为都蕴含着巨大的安全与体验价值。然而,这些感知系统要在多样驾驶行为、复杂座舱布局和极端光照条件下持续稳定运行,传统的真实数据采集方式已难以支撑其开发迭代需求。智能座舱的技术演进,正由“采集驱动”转向“仿真驱动”。一、智能座舱仿真的挑战与突破图1:座舱实例图智能座舱中的AI系统,不仅需要理解驾驶员的行为和状态,还要同时感知乘员、儿童、宠物乃至环境中的潜在
    康谋 2025-04-02 10:23 94浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 209浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 206浏览
  • 引言随着物联网和智能设备的快速发展,语音交互技术逐渐成为提升用户体验的核心功能之一。在此背景下,WT588E02B-8S语音芯片,凭借其创新的远程更新(OTA)功能、灵活定制能力及高集成度设计,成为智能设备语音方案的优选。本文将从技术特性、远程更新机制及典型应用场景三方面,解析该芯片的技术优势与实际应用价值。一、WT588E02B-8S语音芯片的核心技术特性高性能硬件架构WT588E02B-8S采用16位DSP内核,内部振荡频率达32MHz,支持16位PWM/DAC输出,可直接驱动8Ω/0.5W
    广州唯创电子 2025-04-01 08:38 158浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 198浏览
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 196浏览
  • 退火炉,作为热处理设备的一种,广泛应用于各种金属材料的退火处理。那么,退火炉究竟是干嘛用的呢?一、退火炉的主要用途退火炉主要用于金属材料(如钢、铁、铜等)的热处理,通过退火工艺改善材料的机械性能,消除内应力和组织缺陷,提高材料的塑性和韧性。退火过程中,材料被加热到一定温度后保持一段时间,然后以适当的速度冷却,以达到改善材料性能的目的。二、退火炉的工作原理退火炉通过电热元件(如电阻丝、硅碳棒等)或燃气燃烧器加热炉膛,使炉内温度达到所需的退火温度。在退火过程中,炉内的温度、加热速度和冷却速度都可以根
    锦正茂科技 2025-04-02 10:13 64浏览
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 187浏览
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 145浏览
  • REACH和RoHS欧盟两项重要的环保法规有什么区别?适用范围有哪些?如何办理?REACH和RoHS是欧盟两项重要的环保法规,主要区别如下:一、核心定义与目标RoHS全称为《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》,旨在限制电子电器产品中的铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)共6种物质,通过限制特定材料使用保障健康和环境安全REACH全称为《化学品的注册、评估、授权和限制》,覆盖欧盟市场所有化学品(食品和药品除外),通过登
    张工13144450251 2025-03-31 21:18 140浏览
  • 探针本身不需要对焦。探针的工作原理是通过接触被测物体表面来传递电信号,其精度和使用效果取决于探针的材质、形状以及与检测设备的匹配度,而非对焦操作。一、探针的工作原理探针是检测设备中的重要部件,常用于电子显微镜、坐标测量机等精密仪器中。其工作原理主要是通过接触被测物体的表面,将接触点的位置信息或电信号传递给检测设备,从而实现对物体表面形貌、尺寸或电性能等参数的测量。在这个过程中,探针的精度和稳定性对测量结果具有至关重要的影响。二、探针的操作要求在使用探针进行测量时,需要确保探针与被测物体表面的良好
    锦正茂科技 2025-04-02 10:41 67浏览
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光同芯授权代理商,专注于为客户提供车规级安全芯片的硬件供应与软件SDK一站式解决方案,同时配备专业技术团队,为选型及定制需求提供现场指导与支持。随着新能源汽车渗透率突破40%(中汽协2024数据),智能驾驶向L3+快速演进,车规级MCU正迎来技术范式变革。作为汽车电子系统的"神经中枢",通过AEC-Q100 Grade 1认证的MCU芯片需在-40℃~150℃极端温度下保持μs级响应精度,同时满足ISO 26262 ASIL-D功能安全要求。在集中式
    贞光科技 2025-04-02 14:50 116浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 145浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦