鋰離子電池比能量的提升離不開材料技術的進步和生產(chǎn)工藝的提升。目前，關于鋰離子電池的研究工作多集中在開發(fā)新的電極活性材料，隔膜和電解質材料，卻很少關注電極和電池結構對電池性能的影響。比如通過優(yōu)化電極的結構，可以提高電極的導電性和其對電解液的浸潤性能，加快電子和離子在整個電極內部的傳輸速率，進而提升電池的能量密度和倍率性能。
提升涂布量是提升鋰離子電池能量密度的有效方式，但是隨著涂布量的上升，我們會發(fā)現(xiàn)鋰離子電池的電性能，特別是倍率性能和循環(huán)性能出現(xiàn)了顯著的下降，這主要是因為鋰離子電池的電極是由顆粒組成的多孔結構，其中的孔隙復雜、迂曲度高，會顯著增加鋰離子在其中擴散的阻力。能量密度提高以后，電極設計問題更突出?；钚晕镔|在電池中的占比是影響電池比能量的一個重要因素。同樣正負極材料，同樣的克容量，如果一個電池里面活性物質質量占比較小的話，電池的能量密度就低。所以要提高能量密度，一定要從相同重量的電池里面盡量多地填充活性物質?；钚晕镔|多一定是輔助材料少，銅箔要減少、鋁箔要減少;其實最主要的是將電極做厚，電極厚了，集流體和隔膜的用量也就減少了。然而，如何獲得既具有良好的電子/離子傳輸特性，又具有較高活性物質負載量的厚電極是一個巨大的挑戰(zhàn)。鋰離子電池電極不能做厚，厚了之后電極表面極化就變大了，電極在厚度方向的利用率就降低，而且會造成充電過程中負極析鋰、正極分解等問題。從提高能量密度來講，希望越厚越好;但是極化理論告訴我們，電極越薄越好，這兩者是完全矛盾的。隨著能量密度提高，比如一個單體100wh/kg，現(xiàn)在變成300 wh/kg，意味著單位重量的材料所承擔的電流同步提高，因此對于高能量密度電池，保持功率性能是非常難的，所以高載量的電極設計技術越來越重要。
越靠近隔膜的時候液相電流是越大的，這個電流就是外部電流;沿著極片厚度方向，液相電流慢慢減少，固相電流逐漸增加。所以越靠近隔膜電極孔隙應該越高，越靠近電極的集流體，電極孔隙可以越低。所以，既要保證高能量密度、又要保證功率性能，如何解決這種矛盾呢?在鋰離子電池厚電極技術開發(fā)和應用方面取得突出成績的日本電池專家大田直樹先生(Naoki Ota)做了一個“半固態(tài)電極—下一代產(chǎn)品和制造平臺”的專題演講。
自2012年以來，大田直樹一直是24M技術公司的首席技術官，是公認的鋰離子電池全球專家，在鋰離子電池行業(yè)擁有28年的經(jīng)驗。直樹先生與人共同創(chuàng)建了Quallion公司,為醫(yī)療和航空航天行業(yè)服務。作為Ene1的首席技術官和首席運營官以及Ener1的總裁和首席運營官，直樹先生在美國、韓國和中國領導混合動力汽車(HEV)、插電式混合動力汽車(PHEV)、電動汽車和電網(wǎng)儲能產(chǎn)品線和制造工廠的運營。最近，他與國內某骨干動力電池企業(yè)合作，采用厚電極技術顯著提升了磷酸鐵鋰電池的單體比能量。直樹先生認為，自28年前索尼首次推出第一批鋰離子電池以來，基本的產(chǎn)品設計和制造方法沒有改變，但產(chǎn)品應用從消費電子快速轉向市場規(guī)模更大的汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲能領域，市場需要更可靠、更低成本和更靈活的平臺來充分滿足所有客戶的需求。在本次論壇期間，直樹先生將介紹24M公司采用半固態(tài)電極提高比能量的主要做法。他認為，聚合物粘合劑和濕涂層工藝是鋰離子電池制造的當前標準。但是，24M一會在問粘合劑是否真的有必要，并且已經(jīng)證明沒有必要。粘合劑的使用是降低成本、提高安全性和提高能量密度的主要障礙。24M的半固態(tài)電極平臺解決了這些問題，并提供了許多傳統(tǒng)鋰離子電池無法比擬的獨特特性。
