如今，以鋰離子電池為主導(dǎo)的尖端科技備受關(guān)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(shù)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(yīng)對鋰離子析出的潛在風(fēng)險，這并非文學(xué)創(chuàng)作之虛構(gòu)。特別是對于石墨負(fù)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(jìn)而影響電池性能，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)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(shù)術(shù)語，涵蓋了眾多科技學(xué)科領(lǐng)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(yīng)用。若此問題得不到妥善處理，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

析鋰信號的提取：電池的“心跳”監(jiān)測

為了對鋰離子電池因石墨電極造成的析鋰問題進(jìn)行精確治理，首先需要準(zhǔn)確把握癥狀發(fā)生的具體時間節(jié)點。實現(xiàn)這個關(guān)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(guān)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(fēng)險提供有效預(yù)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(guān)系將發(fā)生顯著改變，此即為鋰離子析出的關(guān)鍵預(yù)警信號。

原位產(chǎn)熱曲線：析鋰的“熱量”證據(jù)

借助先進(jìn)的現(xiàn)場能效熱分析檢測技術(shù)，對鋰離子剝離動作進(jìn)行深入解析，并經(jīng)扣式電池?zé)崃坑嫿沂静煌烹姞顟B(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(yīng)電荷界面脫鋰過程。但當(dāng)鋰離子啟動剝離后，電荷界面脫離效應(yīng)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(guān)系。至關(guān)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(guān)鍵參數(shù)。借由這一獨特?zé)崃W(xué)特性，我們能進(jìn)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(zhǔn)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(dǎo)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(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)測量，我們了解到了鋰鹽電解過程中鋰離子的詳細(xì)活性表現(xiàn)。該過程被細(xì)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(yīng)和熱力學(xué)特性，使我們能夠更精確地把握鋰離子在這一復(fù)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(tuán)，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(yīng)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(fù)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(dǎo)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(zhǔn)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(guān)鍵要素，并依據(jù)此研究為相關(guān)領(lǐng)域提出科學(xué)合理的策略建議。