向基于 Na⁺ 的混合电解质中加入 Li⁺ 可以改善离子传输和电极动力学性能。与钠离子相比，锂离子能够以更低的迁移能垒和更高的迁移率穿过负极晶格，从而改善高倍率性能——据报道倍率最高可达 30 C——并支持长期循环稳定性，包括循环 500 次后约 95% 的容量保持率。制备膨胀石墨电极需要进行受控浆料混合、精密涂布和加热压制，以实现均匀的组成和优化的电极密度。
核心要点：在混合体系中，Li⁺ 作为移动速度更快的电荷载流子，有助于电池快速充放电，同时减少循环过程中的性能损失。所需的电极加工设备与锂离子和钠离子电池实验室制造设备基本相似。
Li⁺ 如何改善钠离子电池的动力学性能
更低的迁移能垒
主要的动力学优势来自于Li⁺ 穿过负极结构时更低的迁移能垒。与 Na⁺ 相比，Li⁺ 更容易通过可用的晶格位点。
这降低了电池充放电过程中的传输难度，尤其是在高电流倍率下运行时更为明显。
更快的离子迁移率
更高的离子迁移率使 Li⁺ 能够更快地响应电极电势的变化。这有助于电池在快速充放电条件下保持可用容量。
其结果是倍率性能得到提升，据报道工作倍率最高可达 30 C。
改善循环稳定性
混合电解质还可以支持更加稳定的离子反复嵌入和脱出，从而减少容量随时间的衰减。
一个具有代表性的结果是循环 500 次后约95% 的容量保持率，但实际保持率取决于电极结构、电解质组成、运行条件和电池构造。
Li⁺ 和 Na⁺ 的互补传输
该体系并不是简单地在钠离子电池中加入锂作为非活性添加剂，而是一个多离子传输体系，其中 Li⁺ 和 Na⁺ 可以以不同方式参与电荷传输和电极反应。
Li⁺ 提供更快的晶格传输，而 Na⁺ 仍然是电池设计中电荷存储化学的一部分。这种协同作用能够在发挥钠基材料优势的同时，利用锂辅助动力学性能实现平衡。
制备膨胀石墨电极所使用的设备
浆料混合设备
实验室浆料混合机用于将膨胀石墨、导电添加剂、粘结剂和溶剂混合成均匀的电极浆料。
均匀分散至关重要。混合不充分可能产生团聚、导电性不均匀以及电极载量局部差异，从而降低电池间的一致性。
搅拌和分散系统
根据配方不同，在涂布之前和涂布过程中可能需要使用专用搅拌或分散设备。
其目标是保持浆料黏度稳定，并防止固体沉降。稳定一致的流变特性对于制备均匀的电极膜非常重要。
精密薄膜涂布机
薄膜涂布机将浆料以受控的厚度和涂布宽度施加到金属集流体上。
实验室涂布机可以控制湿膜厚度、涂布速度和载量。这些参数会直接影响电极容量、孔隙率和电阻。
干燥设备
涂布后，必须对电极片进行干燥，以去除加工溶剂并使膜层稳定。
受控干燥有助于保持粘附性，并限制开裂、起泡或粘结剂分布不均等缺陷。
加热精密压制机
加热精密压机或加热辊压机用于压实干燥后的电极涂层。
压制可以调节活性材料密度、厚度、孔隙率和机械完整性。加热能够辅助致密化，并改善电极结构的一致性。
液压压机或辊压机
根据实验室设备配置，研究人员可以使用液压压机或加热辊压机进行热压延。
这些系统能够提供受控压力，在优化体积能量密度的同时，避免过度压缩导致电解质渗透和离子传输受限。
电极制备在电池制造中的位置
混合、涂布和压制
初始制造流程包括制备浆料、将浆料涂布到金属箔集流体上、干燥，以及对电极进行压制或层压。
这一阶段的精度决定了电极的载量均匀性、孔隙率、厚度和机械稳定性。
叠片或卷绕
加工完成的电极片会被裁切，并与隔膜通过叠片或卷绕的方式组装成所需的电池结构。
专用实验室组装工具有助于保持对齐并确保隔膜位置一致。
电解质注液和封装
电极组装完成后注入液态电解质，然后将电池封装在外壳或软包中。
受控的注液和封装对于防止泄漏、污染以及电解质分布差异是必要的。
最终测试和分选
完成的电池需要经过化成、电化学测试和分选。
在用于进一步研究之前，测试会验证电池的容量、倍率性能、循环稳定性和结构完整性。
了解其中的权衡
更快的动力学并不能消除电阻
加入 Li⁺ 可以改善离子迁移率，但电池总电阻还取决于电极导电性、电解质性能、隔膜电阻、界面以及集流体接触情况。
迁移速度更快的离子无法弥补不佳的电极加工工艺或不合适的电池设计。
过度压制可能阻碍传输
压制可以提高密度并改善体积能量密度，但过度致密化会减少孔体积。
如果电解质进入和离子扩散受到限制，电极可能出现更高的极化和更差的高倍率性能。
均匀性与材料选择同样重要
即使膨胀石墨配方经过优化，如果浆料分散不佳或涂层厚度存在差异，也无法获得稳定一致的结果。
因此，混合、涂布、干燥和压制必须被视为一个完整的集成工艺，而不是相互孤立的设备步骤。
报道的性能取决于具体配置
30 C 倍率性能和循环 500 次后 95% 的容量保持率等数据应被理解为具有代表性的报道结果，而不是普遍适用的规格。
结果取决于混合电解质、石墨结构、电极载量、化成工艺、温度和测试条件。
根据目标做出正确选择
设备选择应与所需的控制水平和计划开展的实验规模相匹配。
- 如果主要关注高倍率性能：应优先确保浆料的精准分散、均匀涂布，并通过精密压制控制电极孔隙率。
- 如果主要关注长循环寿命：应重视可重复的涂层厚度、牢固的电极粘附性、受控的电解质注液和一致的电池封装。
- 如果主要关注实验室原型开发：可采用兼容锂离子电池的工艺流程，配备浆料混合机、薄膜涂布机、干燥系统、精密压机和电池组装工具。
- 如果主要关注体积能量密度：应使用受控的液压压制或加热辊压，同时避免可能阻碍离子传输的过度致密化。
实际目标是将 Li⁺ 辅助传输与严格受控的电极制造工艺相结合，使电池同时获得快速动力学性能和可靠的长期运行能力。
总结表：
| 方面 | 优势/详情 |
|---|---|
| 更低的迁移能垒 | Li+ 更容易通过负极晶格 |
| 更快的离子迁移率 | 将倍率性能提升至最高 30 C |
| 循环稳定性 | 循环 500 次后约 95% 的容量保持率 |
| 电极制备 | 浆料混合机、薄膜涂布机、干燥设备、加热压机 |
| 权衡因素 | 避免过度压制，确保浆料均匀 |
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