高性能的電池需要具有高的能量密度和功率密度。為了同時達到這些性能，需要制備絕對容量(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，還對整個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)驗的模型，將模型與數(shù)據(jù)擬合，可以得到兩個擬合參數(shù)，即: 量化絕對容量——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)驗的模型來分析一些不同材料不同電極厚度的電極容量對倍率性能的關(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證τ與QA之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實驗數(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)擴散和反應(yīng)動力學(xué)只對低的面積容量電極起作用。這種理論和實驗的結(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)來實現(xiàn)性能優(yōu)化。

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