锂电池的容量跳水怎么办？未来或有更好的监测办法提前预防！
来源：宝鄂实业
2019-04-25 09:47
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锂离子电池主要由正极、负极和电解液等部分构成，在充电的过程中Li+从正极脱出，经过电解液的扩散后嵌入到负极。石墨是常用的锂离子电池负极材料，其嵌锂电位与金属锂接近，这一方面为锂离子电池带来了更高的工作电压，有利于锂离子电池能量密度的提高，但是另一方面在石墨嵌锂后期，随着石墨中Li+扩散系数的降低，也导致Li+更容易达到析锂电位从而在负极表面发生析锂，影响锂离子电池的循环性能，严重情况下甚至甚至可能产生严重的安全隐患。
负极析锂通常是由于低温充电，大电流充电和电池老化等因素造成，因此为了避免负极析锂现象的出现，负极析锂检测就变的尤为重要，但是锂离子电池的密封结构让负极析锂的检测工作并不容易。近日，加拿大达尔豪斯大学的J.E.Harlow（第一作者，通讯作者）和J.R.Dahn（通讯作者）通过分析锂离子电池平均电压变化趋势，成功实现无损检测负极析锂现象的发生。
实验中J.E.Harlow采用单晶NCM523作为正极材料，石墨材料作为负极，电解液来自BASF（1.2MLiPF6，EC：EMC=3:7），电解液分别添加不同添加剂，观察添加剂对锂离子电池循环性能的影响。
电池的平均电压可以通过下式获得，首先通过电压对容量积分获得电池的充放电能量数据，然后将充／放电总能量除以电池的总容量就可以得到电池的平均电压。理想的锂离子电池在整个寿命周期内，充电平均电压和放电平均电压应该是恒定的，但是在实际中随着电池循环次数的增加，充电的平均电压Vav，c总是在持续提高，放电平均电压Vav，d总是在持续降低（如下图所示，左侧为内阻引起的电池极化增加，右侧为Li损失引起的电池平均电压变化）。
内阻增加是最为常见的引起电池充放电平均电压变化的原因，在内阻增加时随着电池充放电电流的增大，电池的充电平均电压会出现升高和放电平均电压则会出现降低，而且由于电阻没有方向性因此充放电平均电压的变化是完全对称的，我们将内阻升高导致的电池平均电压变化称为RV。
此外，在循环过程中活性Li的消耗也同样会引起电池充放电平均电压的变化（如下图D-G所示），通常锂离子电池正极容量小于负极容量，因此锂离子电池的容量主要受到正极容量的限制，如果在循环过程中因为副反应等因素导致部分活性锂被消耗，因此实际上放电末期由于负极的电势急剧升高，因此正极在较高的电势下就达到了电池的放电截止电压，因此导致正极的放电曲线向左方向移动，也就导致了充放电过程中的平均电压都会出现升高，我们将因活性Li损失引起的平均电压变化称为SV。
根据内阻和Li损失引起的电池充放电平均电压变化的特点，我们可以将充放电过程中的平均电压变化用下式表达，其中充电过程中由于内阻和Li损失都会导致电池平均电压的升高，因此两者是相加的关系，但是在放电的过程中由于Li损失会导致平均电压的升高，而内阻则会导致平均电压的下降，因此两者是相减的关系（注：这里作者笔误，此处应为充放电平均电压的变化值，而非充放电平均电压）。
负极析锂通常是由于低温充电，大电流充电和电池老化等因素造成，因此为了避免负极析锂现象的出现，负极析锂检测就变的尤为重要，但是锂离子电池的密封结构让负极析锂的检测工作并不容易。近日，加拿大达尔豪斯大学的J.E.Harlow（第一作者，通讯作者）和J.R.Dahn（通讯作者）通过分析锂离子电池平均电压变化趋势，成功实现无损检测负极析锂现象的发生。
实验中J.E.Harlow采用单晶NCM523作为正极材料，石墨材料作为负极，电解液来自BASF（1.2MLiPF6，EC：EMC=3:7），电解液分别添加不同添加剂，观察添加剂对锂离子电池循环性能的影响。
电池的平均电压可以通过下式获得，首先通过电压对容量积分获得电池的充放电能量数据，然后将充／放电总能量除以电池的总容量就可以得到电池的平均电压。理想的锂离子电池在整个寿命周期内，充电平均电压和放电平均电压应该是恒定的，但是在实际中随着电池循环次数的增加，充电的平均电压Vav，c总是在持续提高，放电平均电压Vav，d总是在持续降低（如下图所示，左侧为内阻引起的电池极化增加，右侧为Li损失引起的电池平均电压变化）。
内阻增加是最为常见的引起电池充放电平均电压变化的原因，在内阻增加时随着电池充放电电流的增大，电池的充电平均电压会出现升高和放电平均电压则会出现降低，而且由于电阻没有方向性因此充放电平均电压的变化是完全对称的，我们将内阻升高导致的电池平均电压变化称为RV。
此外，在循环过程中活性Li的消耗也同样会引起电池充放电平均电压的变化（如下图D-G所示），通常锂离子电池正极容量小于负极容量，因此锂离子电池的容量主要受到正极容量的限制，如果在循环过程中因为副反应等因素导致部分活性锂被消耗，因此实际上放电末期由于负极的电势急剧升高，因此正极在较高的电势下就达到了电池的放电截止电压，因此导致正极的放电曲线向左方向移动，也就导致了充放电过程中的平均电压都会出现升高，我们将因活性Li损失引起的平均电压变化称为SV。
根据内阻和Li损失引起的电池充放电平均电压变化的特点，我们可以将充放电过程中的平均电压变化用下式表达，其中充电过程中由于内阻和Li损失都会导致电池平均电压的升高，因此两者是相加的关系，但是在放电的过程中由于Li损失会导致平均电压的升高，而内阻则会导致平均电压的下降，因此两者是相减的关系（注：这里作者笔误，此处应为充放电平均电压的变化值，而非充放电平均电压）。
