郑 浩，高 健，王少飞，李 泓

（中国科学院物理研究所，北京 100190）

锂离子电池中的电化学反应包括电荷转移、相变与新相产生以及各种带电粒子（包括电子、空穴、锂离子、其它阳离子、阴离子）在正极和负极之间的输运。由于离子在固相中的传输一般是电池工作中最慢的步骤，因此，提高电池的实际输出能量密度、倍率特性、能量效率，控制自放电率均需要准确了解和调控离子在固体中的输运特性。

固体包括有序固体和无序固体。高度有序没有缺陷的材料为单晶固体，没有周期性结构的材料为无定形材料，或称之为玻璃类材料。混合了有序与无序结构的为多晶固体。锂离子电池中的电极材料多为粉末材料，一般不采用大块单晶，个别厂家的粉末材料产品单个颗粒结晶度很高，为单晶小颗粒。多数的商品电极材料为包含缺陷的多晶粉末材料。在采用液态电解质的锂离子电池中，一般在正负极与电解质接触的表面还生长一层或多层固体电解质膜（SEI），在充放电过程中，锂离子必须通过这层SEI膜。SEI膜层有多种成分形成的无定形结构（参见《储能科学与技术》本系列文章V）。全固态锂电池使用固态材料作为电解质。固体电解质材料包括 无机固体、聚合物固体及其复合物，其中既有多晶材料和无定形材料，也有复合晶态和非晶态的材料。因此，离子在锂离子电池材料中的输运涉及在单晶固体、多晶固体和无序固体中的输运问题。

离子在单晶固体中一般通过晶格（lattice）中的格点空位（vacancy site）或间隙空位（interstitial site）输运。……