越大越好？Overhang设计的隐藏陷阱

2025-04-16 10:19

锂离子电池极片设计中的Overhang（负极覆盖正极的余量）并非越大越好，而是需要在安全性与性能之间寻找平衡。

一、为什么Overhang不宜过大？1.能量密度降低

过大的Overhang区域会占用电池内部空间，导致活性材料占比减少，多余负极材料无法有效利用，降低电池的质量/体积能量密度（Wh/kg或Wh/L）。

2.容量损失与效率下降

充电时，锂离子可能扩散至未被正极覆盖的Overhang区域并残留，无法在放电时完全脱出，导致首次库伦效率降低和容量衰减。

3.析锂风险增加

锂离子在Overhang区域因浓度梯度横向扩散，放电时路径过长可能导致锂残留，长期循环后析出形成枝晶（枝晶可刺穿隔膜引发短路）。

4.机械应力问题

对高膨胀材料（如硅基负极），过大的Overhang区域可能因膨胀不均导致极片弯曲、分层，加速电池老化。

二、Overhang过小的风险1.正极边缘析锂

正极未被覆盖的区域会形成“盲区”，锂离子无法嵌入负极，直接在正极表面析出导致短路风险。

2.局部电流密度过高

有效反应面积减少，相同总电流下局部电流密度升高，加剧极化和SEI膜生成，影响倍率性能。

三、设计优化原则1.基础覆盖要求

最小Overhang需覆盖正极边缘毛刺和工艺偏差，通常余量设计为3mm（宽度方向），减少正极边缘析锂风险（文档强调需保证负极完全覆盖正极）。

2.材料膨胀补偿

针对高膨胀材料（如硅基负极），需额外增加Overhang余量以容纳体积变化，避免循环中结构破坏。

3.隔膜热收缩影响

Overhang需考虑隔膜热收缩率。例如，140℃下陶瓷隔膜热收缩1.5%，设计时应确保余量覆盖该变化。

4.与N/P比协同设计

合理的Overhang需配合N/P比（1.03~1.5），既避免正极容量过剩导致析锂，又减少过量负极浪费。

结论

Overhang设计的核心是在安全阈值内最小化余量。需综合考虑材料特性（如膨胀率）、制造工艺精度（如涂布/卷绕偏差）及使用环境（如温度）的影响。最终目标是在避免析锂和内短路的前提下，最大化电池能量密度与循环性能。

以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！参考资料：1.锂离子电池负极析锂问题的分析及对策，张双虎-End-

原文标题 : 越大越好？Overhang设计的隐藏陷阱

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