锂离子电池被广泛应用于电动汽车和能源存储系统正负极电池，学术界和工业界也对锂电池的关注和研究也越来越多。研究发现锂电池电化学性能的发挥除了受电极材料的影响，还受到电极的厚度、密度、正负极容量比等的影响，而正负极面积比也是一个重要的影响因素，关于这方面的研究还比较少，本文系统的研究了正负极面积比对锂电池倍率性能和循环性能的影响，为锂电池的进一步发展提供参考。
本文系统的研究了五种不同正负极面积比对其电化学性能的影响（表1），研究发现随着正负极面积比的减少，首圈库伦效率在不断下降，不可逆的容量损失在增加，这是因为更大的比表面积产生更多的SEI膜，消耗了更多的活性锂。而当正负极面比为4:3时，此时的首圈库伦效率只有63.2%，而且随着循环次数的增加容量在持续的衰减。为了解释这一现象，正负极电池我们把循环后的电池拆开后进行了观察，在扣式电池的底部很容易的发现了锂枝晶的存在，枝晶的产生不断消耗活性锂生成SEI膜，造成电池容量的不断衰减。研究者还发现在充电过程中，锂离子可以自由移动到负极材料的任何区域，即使负极面积大于正极时，锂离子在电场力的作用下也可以迁移到正极面积之外的区域。而随着正负极面积比的减少，锂电池的倍率不断下降。这是由于负极面积增大后，其边缘位置距离正极越远，增加了离子扩散的距离。当正极面积高于负极面积时锂电池的循环性能会遭到严重破坏，而当正极面积高于负极面积时锂电池的循环稳定性可以得到很好地保持。这是因为当负极面积高于正极时，负极的容量高于正极，不会有锂沉积的发生，当负极面积高于正极时，此时负极的容量低于正极，多余的锂离子就会沉积在负极表面，产生锂枝晶，导致容量的不断衰减。
因此对于实际生产中全电池正负极的面积比的设计应该是负极面积等于或稍大于正极，进而有利于倍率性能和循环性能的发挥和保持。
Table1.Dimensional information for eachcathode and anode.
Table 2.Materials, compositions, loadinglevels, thicknesses, densities, porosities, and
designed capacities of theprepared cathode and anode
Table3.Charge/discharge capacities andcoulombic efficiencies of coin cells with different cathode/anode area ratios[(a) C12A12, (b) C12A14, (c) C12A16, (d) C12A18, and (e) C16A12]
during precycling comprising oneformation cycle and three stabilization cycles.
Figure 1.Schematic diagrams of five typesof coin cells with different cathode/anode area ratios
Figure 2.Voltage profiles of coin cellswith different cathode/anode area ratios [(a) C12A12, (b) C12A14, (c) C12A16,(d) C12A18, and (e) C16A12] during precycling
Figure 3.Digitalcamera images of (a) metallic lithium dendrite on the coin cell bottom, and (b)fully charged graphite anodes disassembled from the pouch-type cells (dottedline
indicatesthe faced area with LiCoO2 cathodes).
Figure4.Discharge curves at variousc-rates for coin cells with different cathode/anode area ratios [(a) C12A12,(b) C12A14, (c) C12A16, (d) C12A18, and (e) C16A12].
Figure 5.Capacity retention of coin cellswith different cathode/anode area ratios [(a)
C12A12, (b) C12A14, (c) C12A16,(d) C12A18, and (e) C16A12] as a function of cycle
number (vertical dotted line meansthe specific cycle number at which cycling stops
for a while and continues).