實驗部分：

設(shè)計NP比為0.87、1.03和1.20三種扣電池，和0.86、0.97和1.17三種三電極電池。電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，電池設(shè)計信息如表1所示，包含活性物質(zhì)用量，負載面密度，容量和面積比容量，容量=活性物質(zhì)量X比容量 NP比=負極容量/正極容量

以CRNP09為例

正極容量=0.00869X170=1.4773=1.48 負極容量=0.00378X340=1.2852=1.29

和表中給出的值幾乎一致，NP比=1.29/1.48=0.87

結(jié)果與討論：

第一圈的0.1C充放電過程如圖2所示，在充電過程中，高NP比的電池負極比容量發(fā)揮低，也就是說，負極容量的利用水平與過量比是相關(guān)的，在放電過程中，CNRP09出現(xiàn)平臺(虛線部分)，對應(yīng)著是鋰枝晶在負極石墨上的形成現(xiàn)象，為什么呢？解釋一下平臺的原理，電池電壓=正極電位-負極電位，在放電開始過程中，假定正極為4.2V，如果負極全是石墨，約為0.09V，全電池電壓為4.11V，如果負極為鋰，是0V，那么電池電壓為4.2V，可以看出來，若存在鋰枝晶，放電時候脫鋰，對全電池有貢獻，那一定會拉升電池電壓，這也是鋰枝晶的無損檢測方法之一。鋰枝晶是我們應(yīng)當(dāng)竭力避免的，所以在電池設(shè)計時，要保證N/P>1。

表2是0.1C循環(huán)過程中前5圈的比容量和庫倫效率的數(shù)據(jù)，庫倫效率等于放電量除以充電量，從表中可以看出，電池容量發(fā)揮取決于負極的利用水平，如果負極的充放電程度大，那么它的比容量是高的，但是庫倫效率是低的，在第一圈時，CNRP0c9的比容量是高的，庫倫效率和另外兩個差不多，二到五圈時，它的比容量還是高的，但是庫倫效率卻差于另外兩個，說明了電池的庫倫效率與負極的脫嵌鋰程度是相關(guān)的。

從三電極電池的數(shù)據(jù)中可以觀察到2.5-4.2V充放電過程中的正負極電位。圖3顯示了前兩次充電過程中的變化情況，在第一次充電過程中，NP低的電池負極電位就低，嵌鋰程度高，使用程度高，正極活性鋰損失在負極的SEI形成和不可逆的嵌鋰上了，NP比越高，充電完成時，正極電位就越高，在第一次放電過程中，隨著NP比的增加，全電池的比容量在下降；在第二次的充放電過程中，并沒有在低NP比的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)鋰枝晶的信號。

電池的倍率和循環(huán)性能如圖4所示， 在1-1000圈是1C倍率循環(huán)，1001-5000圈是2C循環(huán)，CRNP09在600圈之前比容量都是最高的，然后隨后比容量卻成了最小的，從這個比例上來看，剛開始時，比容量隨NP比的增大而減小，隨后CRNP10和CRNP12表現(xiàn)出相似的線型，但是CRNP12要比CRNP10表現(xiàn)得好一些 。

電池在不同循環(huán)次數(shù)下的充放電曲線如圖5所示，我們可以清楚地看出，在充電過程中，低NP比導(dǎo)致電壓曲線上升，在放電過程中導(dǎo)致電壓曲線下降，而且在2C下充放電曲線比1C下更明顯，說明低NP比的電池電壓極化程度越打越大。

不同倍率下的電池比容量如表3所示，前500圈，除了10C外，電池CRNP09的比容量最高，10C下的容量特別低，隨著循環(huán)次數(shù)增加，高NP比電池在所有倍率下比容量均是高的。

結(jié)論：

(1)在長循環(huán)和高倍率下，高NP比設(shè)計具有較大優(yōu)勢，中和低NP設(shè)計會導(dǎo)致負極的利用程度過大，損害材料；

(2)低NP比設(shè)計電池在循環(huán)使用初期具有一定的高比容量發(fā)揮特性，負極的使用程度較大，導(dǎo)致較快的容量衰減；

(3)負極中嵌鋰程度影響容量保持率和倍率性能，鋰離子電池面臨著復(fù)雜多變的使用環(huán)境，一個較高的~1.2左右的NP比是必要的。