根據(jù)《中國(guó)制造2025》的規(guī)劃目標(biāo)，2020年鋰離子電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg，2025年達(dá)到400Wh/kg，2030年達(dá)到500Wh/kg。提升能量密度是鋰離子電池研究永恒的話題，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，鋰離子電池技術(shù)的近期目標(biāo)是通過(guò)高鎳三元正極、硅碳負(fù)極實(shí)現(xiàn)單體300wh/kg，中期(2025年)目標(biāo)是基于富鋰錳基/高容量Si—C負(fù)極，實(shí)現(xiàn)400wh/kg。

鋰離子電池比能量的提升離不開(kāi)材料技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)工藝的提升。目前，關(guān)于鋰離子電池的研究工作多集中在開(kāi)發(fā)新的電極活性材料，隔膜和電解質(zhì)材料，卻很少關(guān)注電極和電池結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響。比如通過(guò)優(yōu)化電極的結(jié)構(gòu)，可以提高電極的導(dǎo)電性和其對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能，加快電子和離子在整個(gè)電極內(nèi)部的傳輸速率，進(jìn)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(huì)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?yàn)殇囯x子電池的電極是由顆粒組成的多孔結(jié)構(gòu)，其中的孔隙復(fù)雜、迂曲度高，會(huì)顯著增加鋰離子在其中擴(kuò)散的阻力。能量密度提高以后，電極設(shè)計(jì)問(wèn)題更突出。活性物質(zhì)在電池中的占比是影響電池比能量的一個(gè)重要因素。同樣正負(fù)極材料，同樣的克容量，如果一個(gè)電池里面活性物質(zhì)質(zhì)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(zhì)。活性物質(zhì)多一定是輔助材料少，銅箔要減少、鋁箔要減少；其實(shí)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(zhì)負(fù)載量的厚電極是一個(gè)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(huì)造成充電過(guò)程中負(fù)極析鋰、正極分解等問(wèn)題。從提高能量密度來(lái)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(gè)單體100wh/kg，現(xiàn)在變成300wh/kg，意味著單位重量的材料所承擔(dān)的電流同步提高，因此對(duì)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(shè)計(jì)技術(shù)越來(lái)越重要。

越靠近隔膜的時(shí)候液相電流是越大的，這個(gè)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(yīng)該越高，越靠近電極的集流體，電極孔隙可以越低。