在科路得科博士上篇文章《你的材料，能抗住1000000000Pa的壓強嗎？》中，科博士從電子電導(dǎo)、離子電導(dǎo)、材料顆粒結(jié)構(gòu)的完整性、電池的倍率性能四個方面，介紹了壓實密度的影響，并且重點指出：在做實用化的電極材料開發(fā)時，必須考慮材料本身的抗壓能力，即材料在巨大壓強下必須保持結(jié)構(gòu)的完整性；否則很難應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，這一點對于廣大科研工作者在開發(fā)材料過程中需要慎重考慮。既然壓實密度有這么多影響，那對于實際的全電池設(shè)計，該如何選取了？科博士將在本文中慢慢道來。
高校和科研機構(gòu)在采用扣式電池進(jìn)行研究時，很多時候涂布烘干之后的極片，只是簡單的輥壓一下(不具體控制壓實密度)，或者有些同學(xué)干脆就不輥壓，然后直接組裝成電池進(jìn)行測試。雖然不輥壓也可以測試出電池性能，但是通過上篇科博士的分析，大家已經(jīng)知道了不同的壓實密度的影響，為了讓科研和實用能夠更接近，輥壓這個工序還是必不可少。同時，科博士提醒大家，為了數(shù)據(jù)更為嚴(yán)謹(jǐn)和可靠，盡量保證涂布的重量和壓實密度在一個水平，這樣才便于比較材料的首次充放電容量，首次效率以及循環(huán)和倍率?？凼诫姵販y評只需要保持壓實密度在同一個水平，那實際應(yīng)用的軟包全電池，是如何考慮的了？
這可就需要從電池的應(yīng)用來進(jìn)行考慮了。我們都知道，電池的應(yīng)用場景是非常多的，有的適用于手機電池，有的適用于無人機，有的應(yīng)用在儲能電站等，不同的應(yīng)用就需要進(jìn)行差異化的設(shè)計，因此科博士通過能量型，倍率型，長壽命型三種應(yīng)用來為大家解讀壓實的差異化設(shè)計。
圖一 手機，無人機，儲能電池實物圖
第一種能量型設(shè)計，也就是需求能量密度越高越好（能量密度包括體積能量密度和重量能量密度，本文以體積能量密度進(jìn)行講述），比如我們的手機都在不斷追求薄型化，多功能化，而屏幕卻做得越來越大，耗電量都在不斷的提升，這就要求手機電池在體積縮小的情況下還能放出更多的電量，那壓實密度的設(shè)計如何體現(xiàn)了？
從下面圖中我們可以看出，同樣型號的電池，采用不同的壓實密度設(shè)計，高壓實能量密度較低壓實提高~13%，容量提高~13%，長度延長~14%，將電池極片展開，我們就可以清楚看到差異，由于體積固定，當(dāng)我們將正負(fù)極極片壓實密度提高，極片的厚度將減薄，長度有了增長空間，同時也放入了更多的正負(fù)極材料，釋放出更多的容量，進(jìn)而也提升了電池的體積能量密度。
圖二 不同壓實密度設(shè)計對電池的影響
第二種倍率型設(shè)計，需求放電倍率越大越好，比如無人機在爬升過程就需要更高功率的輸出，如下圖，壓實密度與倍率存在一個最優(yōu)值，說明壓實密度較低時，雖然電解液可以充分的浸潤在顆粒周圍，但是由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)接觸點少，此時電子電導(dǎo)成為倍率的一個控制因數(shù)，而當(dāng)壓實密度在最大值時，此時電子傳導(dǎo)非常通暢，然后由于孔隙的降低，導(dǎo)致電解液吸收量減少，離子傳輸通道減少，此時離子傳導(dǎo)成為了瓶頸。所以，一個合適的壓實密度，既保證電子傳輸通暢，同時滿足離子傳導(dǎo)能力才能促成高倍率的最優(yōu)條件。
圖三 鈷酸鋰壓實密度與極片電阻和孔隙率的關(guān)系
最后一種長壽命型設(shè)計，顧名思義，要求循環(huán)次數(shù)越多越好，例如儲能電池，10年以上的壽命，每天充放電一次，也就意味著循環(huán)壽命接近4000次。在電池的整個循環(huán)過程中，內(nèi)阻在不斷的增加，電解液在不斷的消耗(特別是負(fù)極由于SEI的不斷破壞和修復(fù)，在負(fù)極消耗最快)，循環(huán)保持率不斷下降。了解這個背景之后，我們就知道，正極和負(fù)極的壓實密度不能按照能量型設(shè)計，需要下調(diào)壓實密度，保證長循環(huán)過程有足夠的電解液消耗。從而保證電池內(nèi)阻不會急劇增加導(dǎo)致循環(huán)衰減。(不同壓實密度對應(yīng)的循環(huán)性能)
圖四 循環(huán)性能與不同負(fù)極壓實密度(保液)的關(guān)系
本講中科路得科博士按照三種不同的應(yīng)用給大家進(jìn)行壓實密度選取的講解，設(shè)計思路是對的，但是由于全電池是一個系統(tǒng)工程，在做一些設(shè)計時需要進(jìn)行全面考量，例如能量型設(shè)計中，上篇科博士有提到不同的材料，壓實密度極限有差異，過大的壓實會導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，此外，隨著鋰離子電池行業(yè)鋁箔厚度越用越薄，例如采用12um鋁箔時，鈷酸鋰壓實4.2g/cc沒有問題，但是采用9um鋁箔時，壓實過大會導(dǎo)致鋁箔延展過渡，極片脆裂，因此科博士希望廣大科粉在科研過程活學(xué)活用，權(quán)衡考慮，讓自己的科研成果更快推向?qū)嵱没?/p>
