高性能的電池需要具有高的能量密度和功率密度。為了同時(shí)達(dá)到這些性能，需要制備絕對(duì)容量(以面積容量為代表，Q/A表示)大、倍率性能優(yōu)異的電極。面積容量的重要性體現(xiàn)在，它不僅決定了電池的容量，還對(duì)整個(gè)電池的能量密度有著重要的影響。由于電極的面積容量隨厚度而變化，所以通過增加電極厚度能夠很容易實(shí)現(xiàn)面積容量的增加。因此，增加電極所占電池體積的比例能夠提升能量密度。由于面積容量由公式Q/A=LE  Q/V (LE是電極厚度，Q/V是測量的體積容量)，所以面積容量的最大化需要結(jié)合具有高容量的材料以及厚的電極。然而，厚的電極往往展現(xiàn)出較低的倍率性能，因此在高的絕對(duì)容量和高的倍率性能之間存在明顯的權(quán)衡關(guān)系。目前還沒有關(guān)于哪些參數(shù)與容量和倍率性能同時(shí)獲得最大化相關(guān)的定量分析，所以有必要去定量分析和理解絕對(duì)容量和倍率性能之間的關(guān)系。可以通過調(diào)整參數(shù)（本征性質(zhì)參數(shù)：如電極電導(dǎo)率；外部影響參數(shù)：如電極和隔膜厚度）以同時(shí)獲得容量和倍率性能的最大化，從而提高電極性能。

日前，都柏林圣三一學(xué)院Jonathan N. Coleman課題組在前期工作的基礎(chǔ)上發(fā)展了一種半經(jīng)驗(yàn)的模型，將模型與數(shù)據(jù)擬合，可以得到兩個(gè)擬合參數(shù)，即: 量化絕對(duì)容量——低倍率下面積容量QA和量化倍率性能——與充放電相關(guān)的特征時(shí)間τ。這些參數(shù)描述了電池電路上的面積容量和倍率性能的結(jié)合（見：Nat. Commun. 2019, 10, 1933）。近日，該課題組利用該半經(jīng)驗(yàn)的模型來分析一些不同材料不同電極厚度的電極容量對(duì)倍率性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明，QA和τ之間存在明顯的相關(guān)性：所有數(shù)據(jù)的位置都接近主曲線（近似由常數(shù)τ/QA定義）。通過簡單的物理模型來驗(yàn)證τ與QA之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致。該模型表明，通過增加電極的體積容量、電導(dǎo)率和孔隙率，對(duì)于高面積容量的電極，可以改善其容量-倍率之間的權(quán)衡關(guān)系。另一方面，固態(tài)擴(kuò)散和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)只對(duì)低的面積容量電極起作用。這種理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合使我們能夠量化這些影響τ與QA的物理參數(shù)，并可以通過仔細(xì)選擇本征和外在影響參數(shù)來實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。

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