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(gè)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(dòng)汽車(chē)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，其內(nèi)置電池亦需應(yīng)對(duì)鋰離子析出的潛在風(fēng)險(xiǎn)，這并非文學(xué)創(chuàng)作之虛構(gòu)。特別是對(duì)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(guò)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(shí)甚至導(dǎo)致電池過(guò)熱或發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)事件。

石墨電極析鋰現(xiàn)象作為一項(xiàng)重要的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，涵蓋了眾多科技學(xué)科領(lǐng)域，在諸如智能手機(jī)以及電動(dòng)汽車(chē)所使用的鋰離子電池中得到了普遍應(yīng)用。若此問(wèn)題得不到妥善處理，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

析鋰信號(hào)的提取：電池的“心跳”監(jiān)測(cè)

為了對(duì)鋰離子電池因石墨電極造成的析鋰問(wèn)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(shí)間節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(guò)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(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的電壓平臺(tái)，且該平臺(tái)正好處于電流密度積分曲線的尖峰位置。這個(gè)平臺(tái)如同電池的“心電圖”，清楚地展示了析鋰現(xiàn)象的存在。

通過(guò)深入探討石墨嵌入-脫嵌鋰離子對(duì)電極電位及放電電流特性曲線的影響，可對(duì)鋰離子析出風(fēng)險(xiǎn)提供有效預(yù)測(cè)。在充電至90%-100%(SOC為10%)或110%-120%(SOC為12%)的循環(huán)過(guò)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(hào)。

原位產(chǎn)熱曲線：析鋰的“熱量”證據(jù)

借助先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)能效熱分析檢測(cè)技術(shù)，對(duì)鋰離子剝離動(dòng)作進(jìn)行深入解析，并經(jīng)扣式電池?zé)崃坑?jì)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(shí)，電池具備三個(gè)能量產(chǎn)熱高峰，分別對(duì)應(yīng)電荷界面脫鋰過(guò)程。但當(dāng)鋰離子啟動(dòng)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(guò)程。

該高峰額外熱量揭示了鋰離子析出規(guī)律，且峰強(qiáng)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(hào)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(dú)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(guò)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(guò)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(cè)量鋰元?jiǎng)冸x數(shù)量和其可逆性比例，從而全面評(píng)估庫(kù)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(kù)倫效率明顯降低。

在此高水平運(yùn)用狀態(tài)下，內(nèi)耗令電芯承受無(wú)聲的磨損，由此引發(fā)難以修復(fù)的容量損失，對(duì)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(yùn)行，有必要精準(zhǔn)掌握鋰離子在電子充放電過(guò)程中的可逆沉積/分離現(xiàn)象。

析鋰機(jī)理的明確：揭開(kāi)“神秘面紗”

經(jīng)過(guò)深入剖析與精準(zhǔn)測(cè)量，我們了解到了鋰鹽電解過(guò)程中鋰離子的詳細(xì)活性表現(xiàn)。該過(guò)程被細(xì)化為鋰離子嵌入、析出及剝離三大階段，每個(gè)階段都具有獨(dú)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(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。

此機(jī)制的廣泛運(yùn)用，解開(kāi)了鋰析出現(xiàn)象的謎團(tuán)，揭示其內(nèi)在機(jī)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(chǎng)”

本研究應(yīng)用有限元模型深度解析了鋰沉積過(guò)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(guò)程中的電勢(shì)差、電流以及鋰層厚度等重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)揭示出了在石墨電極與隔膜交界之處電勢(shì)最低，析鋰電流最強(qiáng)，導(dǎo)致鋰層堆積顯著的現(xiàn)象。

運(yùn)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(guò)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。