锂电池包括四大主材：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜和电解液。其中，正极活性物质是含锂化合物，可以提供活性Li+，而负极活性物质接受活性Li+，且与正极活性物质之间形成电位差，二者决定了锂电池的高电压和高容量特性。作为四大主材中唯一不参与电化学反应的惰性物质—隔离膜通常具有不超过1um的孔径，允许Li+自由穿过，而不允许电子通过，具有避免正负极接触短路的作用。然而，Li+从正极脱出至嵌入负极过程需要载体传输，这一载体就是电解液，脱出的Li+与电解液溶剂分子结合，形成溶剂化的Li+，在电场和浓差驱动下迁移到负极还原。
图1：充电过程Li+的溶剂化和去溶剂化过程示意图
电解液成分包括锂盐、溶剂和添加剂，
其中锂盐用以提供活性
L
i
+
，溶剂用以溶解锂盐，添加剂种类繁多，包括成膜添加剂、过充添加剂、阻燃添加剂等，通常具有一定的功能化作用。为了保证活性物质的容量发挥，要求电解液必须完全浸润隔膜和电极，形成
L
i
+
导电路径，若电解液量过少，必然导致部分活性颗粒浸润不足，界面阻抗增加，恶化容量和循环寿命等，但电解液也不宜过多，否则会引起过多的产气，产生界面问题，并且副反应增多导致全电池首次效率偏低，此外，锂电池BOM成本也会增加。
如下图，是一款圆柱类电池电解液浸润电极过程示意图，黄色箭头代表电解液的流动方向。电解液从电池顶部注入后，大部分电解液积聚在电池壳底部，然后通过毛细压力缓慢渗透到隔膜和电极的孔隙中，因此，电解液的最终归宿位置为隔膜和电极孔隙。
图2：
圆柱类电池电解液浸润电极过程
以软包类叠片电池制作为例，含有“注液-化成-抽气封边”三个工序，注液过程是将电解液注入电芯内部，然后浸润适当的时间，化成过程是对锂电池进行首次小电流充电，在负极界面形成SEI膜并产生气体，抽气封边过程是将化成过程产生的气体和多余电解液抽出，并将电池密封，维持内部稳定环境。
由此可见，注液后如何实现电解液快速浸润隔膜和电极是关键，一方面注液量设计要足够填充内部孔隙，另一方面要保证电解液有较好的渗透效果，如渗透时间、电解液本征粘度、陈化温度、电极和隔膜孔隙结构等。但无论如何，电解液注液量设计的重要程度都要大于渗透效果，因为足够的电解液量是确保隔膜和电极浸润的基本前提。
为了探究注液量对锂电池内阻的影响，设计了两组实验，第一组注液量28g（富液态），第二组注液量20g（贫液态），发现电解液足够的情况下，电池内阻不会随之明显变化，而当电解液浸润不足时，内阻和注液量存在明显相关性。
图4：
电解液注液量对电池内阻的影响
因此，在锂电池新产品或新体系设计开发之初，就应该充分考虑单电芯的电解液用量问题，要坚决杜绝出现“注液量不足”的红线问题。在理论注液量设计过程中，我们有两种思路，一是根据内部空间体积减去固体物质体积计算最大理论值，二是根据隔膜、极片和Overhang孔隙计算最小理论值，考虑到过量电解液导致的产气问题及成本问题，我们推荐选择第二种电解液量设计思路。
极片孔隙与材料真密度和注液时的压实密度有关，而材料真密度又和材料配方有关。但至此我们有了一些更新的认识和理解，负极材料在嵌锂过程中，层间距会增大，宏观上表现为极片增厚，这就导致电极孔隙大大增加，因此需要更多电解液确保
L
i
+
传输路径通畅。
根据体积不变原理，电极涂层平均真密度和孔隙率计算公式为：
式中，s代表极片荷电态膨胀率，s越大，涂层孔隙率越大，由此可见
，极片膨胀对电解液理论用量设计至关重要。
附表1：常用材料的真密度表
下面用一个
LCO+Gr设计案例
来进一步说明，详细设计参数见附表2，根据配方比例首先计算出正负极平均真密度分别
为
4.85g/cm
3
和
2.14g/cm
3
，电极孔隙率分别为16.1%和36.7%，最终得到正极片孔体积、负极片孔体积、隔膜孔体积与Overhang孔体积分别为0.178mL、0.805mL、0.209mL、0.255mL，总体积为1.447mL，理论可吸收电解液系数为1.824mL/Ah。
为了进一步研究电极面密度、压实密度对理论电解液用量的影响，分别计算了不同面密度和压实密度下的电极孔体积，结果表明面密度变化时，电极孔隙率不会发生变化，但容量不变的前提下，正极和Overhang孔体积没有太大变化，而负极孔体积增加，隔离膜长度减小导致孔体积显著减小，理论可吸收电解液系数也随之下降。压实密度方面，显而易见的是随着正负极压实密度降低，极片孔隙率均随之增加，而隔膜和Overhang孔体积没有太大变化。
图6
：面密度、压实密度对电极孔体积和理论可吸收电解液系数的影响
由此可见，电解液理论用量随着面密度、压实密度等工艺设计而变化，除此之外，还与电极配方及各组分真密度、极片膨胀率、隔膜厚度&孔隙率、Overhang尺寸，甚至箔材厚度均存在一定关联，在电解液用量设计时应充分考虑这些因素，避免“一刀切”。
1、电解液用量不足会显著影响锂电池内阻、倍率和循环性能，在新产品或新体系设计开发初期必须核算电解液最小理论用量。
2、电解液用量与材料体系、工艺设计、电芯内部结构尺寸等多方面因素相关，基本原则是电解液必须填充所有电极孔隙，以确保离子导电通路。
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