如今，以鋰離子電池為主導的尖端科技備受關注，其優(yōu)越性令人瞠目。然而，人們往往忽視了一個重要而又鮮為人知的挑戰(zhàn)——石墨電極的析鋰現(xiàn)象。這一技術難題如同隱形的敵人，悄然影響著我們的日常生活。

石墨電極析鋰：是什么鬼？

電動汽車在給人們帶來便利的同時，其內(nèi)置電池亦需應對鋰離子析出的潛在風險，這并非文學創(chuàng)作之虛構(gòu)。特別是對于石墨負極而言，盡管鋰離子在此處有序嵌入，然而在快速充電、低溫環(huán)境及過度充電等特定條件下，鋰離子可能變得異常活躍，從石墨表面析出形成金屬鋰，進而影響電池性能，嚴重時甚至導致電池過熱或發(fā)生爆炸等危險事件。

石墨電極析鋰現(xiàn)象作為一項重要的技術術語，涵蓋了眾多科技學科領域，在諸如智能手機以及電動汽車所使用的鋰離子電池中得到了普遍應用。若此問題得不到妥善處理，可能會導致嚴重后果。

析鋰信號的提?。弘姵氐摹靶奶北O(jiān)測

為了對鋰離子電池因石墨電極造成的析鋰問題進行精確治理，首先需要準確把握癥狀發(fā)生的具體時間節(jié)點。實現(xiàn)這個關鍵步驟的手段是深度解析電池的電壓變化規(guī)律，以期從中尋找出析鋰現(xiàn)象的線索。通過研究電壓與電流密度積分(dQ/dV)之間的關系圖，可以發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池的充放電過程中，會產(chǎn)生獨特的電壓平臺，且該平臺正好處于電流密度積分曲線的尖峰位置。這個平臺如同電池的“心電圖”，清楚地展示了析鋰現(xiàn)象的存在。

通過深入探討石墨嵌入-脫嵌鋰離子對電極電位及放電電流特性曲線的影響，可對鋰離子析出風險提供有效預測。在充電至90%-100%(SOC為10%)或110%-120%(SOC為12%)的循環(huán)過程中，脫鋰電位與放電電流特性曲線間的關系將發(fā)生顯著改變，此即為鋰離子析出的關鍵預警信號。

原位產(chǎn)熱曲線：析鋰的“熱量”證據(jù)

借助先進的現(xiàn)場能效熱分析檢測技術，對鋰離子剝離動作進行深入解析，并經(jīng)扣式電池熱量計揭示不同放電狀態(tài)(SOC)環(huán)境下的產(chǎn)熱軌跡變化。理論上，未發(fā)生鋰金屬剝離時，電池具備三個能量產(chǎn)熱高峰，分別對應電荷界面脫鋰過程。但當鋰離子啟動剝離后，電荷界面脫離效應將產(chǎn)生新的產(chǎn)熱高峰——鋰離子脫離過程。

該高峰額外熱量揭示了鋰離子析出規(guī)律，且峰強度與Li原子析出呈正比關系。至關重要的是，這一峰值直接影響著首次鋰離子嵌入期間的信號傳遞，因此被視為監(jiān)控鋰離子析出的關鍵參數(shù)。借由這一獨特熱力學特性，我們能進一步洞悉鋰離子析出全程。

循環(huán)過程中的鋰沉積/剝離：效率的“隱形殺手”

鋰離子電池的循環(huán)過程中，鋰元表面的沉淀與剝離的可逆程度直接決定了電池效能。差分電壓法能夠精準測量鋰元剝離數(shù)量和其可逆性比例，從而全面評估庫倫效率并分析鋰元沉積和剝離各階段的效率情況。然而，自大約20次析鋰循環(huán)后，鋰元的可逆剝離率顯著下降，導致整體庫倫效率明顯降低。

在此高水平運用狀態(tài)下，內(nèi)耗令電芯承受無聲的磨損，由此引發(fā)難以修復的容量損失，對電池的循環(huán)性乃至穩(wěn)定性產(chǎn)生重大威脅。為了提升電池效能并確保其安全運行，有必要精準掌握鋰離子在電子充放電過程中的可逆沉積/分離現(xiàn)象。

析鋰機理的明確：揭開“神秘面紗”

經(jīng)過深入剖析與精準測量，我們了解到了鋰鹽電解過程中鋰離子的詳細活性表現(xiàn)。該過程被細化為鋰離子嵌入、析出及剝離三大階段，每個階段都具有獨特的電壓效應和熱力學特性，使我們能夠更精確地把握鋰離子在這一復雜過程中的動態(tài)變化。

此機制的廣泛運用，解開了鋰析出現(xiàn)象的謎團，揭示其內(nèi)在機理。以此為依托深入研究，有望優(yōu)化并防止鋰的析出，提升電池性能與穩(wěn)定性。

有限元模型的重構(gòu)：析鋰的“虛擬戰(zhàn)場”

本研究應用有限元模型深度解析了鋰沉積過程的內(nèi)在規(guī)律。利用二維模型的構(gòu)建，復現(xiàn)并分析了石墨/鋰半電池中析鋰過程中的電勢差、電流以及鋰層厚度等重要參數(shù)。實驗揭示出了在石墨電極與隔膜交界之處電勢最低，析鋰電流最強，導致鋰層堆積顯著的現(xiàn)象。

運用完善的有限元建模手段，我們研制出一款精準有效的仿真與分析系統(tǒng)。此系統(tǒng)助于我們深度探索化解鋰化物過程中的關鍵要素，并依據(jù)此研究為相關領域提出科學合理的策略建議。