在当今科技飞速发展的时代，锂离子电池作为众多电子设备和电动交通工具的核心动力源，其性能表现至关重要。而锂离子电池的能量密度和充放电倍率，正是决定其性能优劣的两个关键指标。

一、能量密度：制约锂离子电池发展的瓶颈

能量密度，简单来说，就是单位体积或重量可以存储的能量多少。越高的能量密度，意味着电池能够为设备提供更持久的续航能力。从铅酸电池到镍镉电池、镍氢电池，再到锂离子电池，能量密度一直在不断提升，但相对于人类对能量的需求和工业规模的发展速度，这一提升显得有些缓慢。甚至有人调侃，人类的进步都被 “卡” 在了电池这儿。

1. 影响锂离子电池能量密度的因素

（1）化学体系与结构的限制

在锂离子电池中，充当电能载体的主要是锂元素，而其他物质在一定程度上限制了能量密度的提升。例如，一块锂离子电池中，锂元素的质量占比通常只有 1% 多一点，其余 99% 的成分都是不承担能量存储功能的物质。

（2）提高能量密度的方法

提高正极活性物质占比：在同一电池化学体系中，提高锂元素的含量，能提升能量密度。因此，在一定体积和重量限制下，增加正极活性物质的比例，可使更多锂元素参与能量存储。

提高负极活性物质占比：为配合正极活性物质的增加，需要更多负极活性物质来容纳从正极游过来的锂离子，防止不可逆化学反应和电池容量衰减。

提高正极材料的比容量：在正极活性物质总量一定的情况下，提高可脱嵌锂离子相对于正极活性物质的质量占比，即提高比容量，可提升能量密度。从钴酸锂到磷酸铁锂，再到三元材料，都是为了实现这一目标。若要进一步提升，需研究新的正极材料并实现产业化。

提高负极材料的比容量：虽然负极材料的比容量目前不是锂离子电池能量密度的主要瓶颈，但提升负极比容量可减少负极材料质量，容纳更多锂离子，从而提高能量密度。如研究硬碳材料、纳米碳材料、锡基和硅基负极材料等。

减重瘦身：除正负极活性物质外，电解液、隔离膜、粘结剂、导电剂、集流体、基体、壳体材料等占整个电池重量的 40% 左右。减轻这些材料的重量且不影响电池性能，可提升锂离子电池的能量密度。

提升锂离子电池的能量密度是一个系统工程，需从改善制造工艺、提升现有材料性能、开发新材料和新化学体系等方面入手，寻找短期、中期和长期的解决方案。

二、充放电倍率：决定电池速度的关键

充放电倍率决定了锂离子电池存储和释放能量的速度。在电动工具和电动交通工具中，充放电倍率尤为重要。

1. 锂离子电池充放电倍率的现状与问题

当前锂离子电池充电耗时久，放电不能太猛，否则会影响电池寿命和安全性。例如，开电动车办事时，半路没电去充电，可能充很久都不满；爬坡时，车子可能因放电倍率不够而动力不足。这些场景都是我们不希望看到的，但却是当前锂离子电池的现状。

2. 影响锂离子电池充放电倍率的因素及改善方法

（1）提高正、负极的锂离子扩散能力

锂离子在正 / 负极活性物质内部的脱嵌和嵌入速率，以及在正 / 负极之间的迁移速度，是影响充放电倍率的重要因素。为提高锂离子扩散能力，可从以下方面入手：

正极材料优化：正极极片要薄，提高正极材料压实密度，缩短锂离子的 “赛跑距离”。同时，活性物质内部要有足够的孔隙，为锂离子提供均匀分布的 “跑道”。但这两点存在矛盾，需寻找平衡点。此外，选择锂离子扩散系数高的正极材料也能改善倍率性能。

负极材料改进：负极材料的处理思路与正极类似，从结构、尺寸、厚度等方面着手，减小锂离子在负极材料中的浓度差，改善扩散能力。如研究纳米碳材料，可改善负极材料的比表面积、内部结构和扩散通道，提升倍率性能。

（2）提高电解质的离子电导率

锂离子在电解质中的 “游泳比赛”，降低电解质的阻力（提高离子电导率）是提升速度的关键。目前锂离子电池采用的有机电解质，离子电导率不高，电阻成为电池电阻的重要组成部分。此外，还需关注电解质的化学稳定性和热稳定性，选择具有高锂离子传导能力、良好化学稳定性和热稳定性且与电极材料匹配的电解质。

（3）降低电池的内阻

电池的内阻由正极活性物质内部电阻、正负极集流体电阻、电解质与电极界面处电阻等组成。可通过在正极活性物质内部添加导电剂、改变集流体材质和尺寸、优化电解质与电极的浸润程度、控制负极表面 SEI 膜的变化等方法降低电池内阻，提升倍率性能。

总之，锂离子电池的能量密度和充放电倍率是其性能的关键指标。突破这些限制，需要科研人员从多个方面进行深入研究和创新，为锂离子电池的发展开辟新的道路，以满足人们对高性能电池的需求。

亿鑫丰研发的新品激光刻蚀机在这方面有一定的建树。设备采用激光物理划线技术，在负极上直接刻蚀出竖直沟道。这一技术能够提供最为有效的毛细管传输，显著增强电解液的浸润效果与速度。同时，它可以降低电极的孔隙迂曲度，提高有效锂离子扩散系数，并且通过形成沟槽来存储电解液。如此一来，能够提高电池的循环保持率，降低电池内阻，减少负极析锂的情况发生。