锂电池叠片结构负极比正极“多一层”原因分析

锂电池叠片结构中，我们往往发现负极片比正极要多一层 ，即正极n层，负极n+1层。本篇文章我们将讲述此结构的目的。

锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移。充电时，锂从正极脱出，嵌入负极；放电时相反。负极的容量通常需要略高于正极，这被称为负极过量设计。这是为了防止锂在负极沉积时没有足够的空间，导致析锂，形成枝晶，可能刺穿隔膜引发短路。所以负极的容量设计通常会比正极多，所以对应的结构上负极层数要比正极层数多一层，以此来足额容纳正极脱出来的锂离子。

叠片结构通常是正极夹在两个负极之间，首尾两端是负极，所以总层数负极多一层。例如，结构顺序为：负极-隔膜-正极-隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极，这样每个正极被两个负极夹着，而两端是负极，确保结构完整和安全。

若正极比负极多一层可能会引发以下后果

1.安全风险：正极材料如锂金属氧化物在高电位下更活泼，暴露在外层可能有热失控风险。负极材料如石墨相对稳定，作为外层更安全。如果正极多一层，外层会是正极，铝箔可能直接接触外界，容易氧化或腐蚀，影响电池寿命和安全性。

2.性能方面：负极需要更多的容量来容纳锂离子，防止析锂。如果正极多一层，可能导致正极容量超过负极，充电时锂离子无法完全嵌入负极，引发枝晶生长，增加短路风险。

3.膨胀问题：正极材料在充放电过程中体积变化较小，而负极膨胀较大。负极多一层可以更好地吸收膨胀应力，保持结构完整。如果正极多一层，结构可能因负极膨胀而变形，从而间接影响性能。

4.能量密度：锂电池的能量密度是由正负极材料的性能以及它们之间的匹配程度共同决定的。在设计电池时，通常会根据正负极材料的比容量等特性来优化极片的层数和厚度，以达到最佳的能量密度。如果正极比负极多一层，会使电池内部的空间分配不合理，负极材料不能充分发挥其存储锂离子的能力，导致电池整体的能量密度降低，无法满足设备对电池高能量密度的要求。

5.极化一定程度增大：由于负极的反应面积相对较小，在充放电过程中，锂离子在负极表面的嵌入和脱出会变得不均匀，导致电池的极化现象加剧。极化会使电池的实际电压偏离平衡电压，充电时需要更高的电压才能达到相同的充电容量，放电时则会在较低的电压下就无法继续放电，从而降低电池的充放电效。

所以在锂离子电池叠片工艺中需要遵循负极多一层的设计原理，以此发挥出电芯最佳的设计性能。