蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，一項最新研究針對循環(huán)次數(shù)超過7000次的車用鋰電池，探討支持電芯的外部壓力對老化現(xiàn)象的有利影響。研究人員在循環(huán)過程后，利用事后分析方法檢測老化電芯。

（圖片來源：AZOM）

鋰離子電池的重要性和局限性

鋰離子電池廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、電動汽車和長期儲能，具有優(yōu)異的功率集中度和長時間的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，這類電池也存在一定的局限性，如成本較高、再利用受限、材料短缺，尤其是鈷和鋰，以及安全問題。從經(jīng)濟和環(huán)境方面考慮，電池電芯的壽命較長，對于社會可接受性，以及減少生態(tài)影響和費用，具有重要意義。

這項研究中進(jìn)行實驗的主控圖（圖片來源：AZOM） 

方型電芯類型的優(yōu)點和局限性

軟包電芯、圓形或圓柱形電芯，以及方形電芯，是三種最常見的電芯類型。方形電芯的優(yōu)點是封裝緊湊、模塊設(shè)計簡單、模塊功率密度高。然而，受多種因素影響，如電芯內(nèi)壓力降低或機械穩(wěn)定性，這種電芯確實比圓管老化得更快。

在循環(huán)過程中，由于正、負(fù)極的暫時和永久性膨脹和收縮，低減壓（low decompression）可能導(dǎo)致電化學(xué)堆內(nèi)部元素之間結(jié)合不充分。目前的研究分兩步進(jìn)行。第一部分提供了老化實驗的電生理結(jié)果，在這些實驗中，電池在不同的支撐條件下運行7000次以上。第二部分利用各種事后分析技術(shù)，對電芯退化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

電芯打開后電極和隔板的圖片

最新研究結(jié)果

在研究過程中，最初所有電芯表現(xiàn)出類似的老化程度，在前700次循環(huán)中容量損耗明顯。從大約3000次循環(huán)開始，無支撐電芯的容量損耗，超過了有支撐電芯。而在達(dá)到80%的電池系統(tǒng)健康狀態(tài)（SOH）臨界值時，無支撐的電芯為3800次循環(huán)，有支撐的電芯為4700次循環(huán)。

在無支撐電池經(jīng)過7420次循環(huán)和有支撐電池經(jīng)過7170次循環(huán)后，將電芯循環(huán)中斷五周，以觀察電芯的松弛行為（relaxation behavior）。結(jié)果，無支撐的電芯沒有表現(xiàn)出恢復(fù)潛力。將暫停前的最后5次循環(huán)與暫停后的最初5次循環(huán)進(jìn)行對比，有支撐電芯恢復(fù)了12%的放電率。

不同老化正極的 SEM 橫截面

事后分析檢測

對這三種電芯進(jìn)行事后分析檢測。第一種電芯（電芯1）是未經(jīng)過循環(huán)的基準(zhǔn)電芯，第二種電芯是有支撐電芯（電芯2），第3種電芯是無支撐電芯（電芯3）。

電芯1（參考電芯）未表現(xiàn)出明顯退化，例如沉積、剝離或裂縫。電極表面看起來很均勻。電芯2（有支撐老化電芯）僅出現(xiàn)輕微的退化。除了靠近實際采集的幾個位置外，電極似乎具有均勻性。電芯3的電極和隔板（老電芯、無支撐）表現(xiàn)出明顯的退化。電芯1的負(fù)極表面形態(tài)表現(xiàn)為，石墨表面有一層均勻的Al2O3顆粒涂層。

然而，電芯2（有支撐）出現(xiàn)額外沉積點，可能代表電解質(zhì)分解產(chǎn)物。電芯3（無支撐）的負(fù)極表面有許多涂層，可歸因于所覆蓋的鋰。只有在電芯3這種無支撐的老電芯中，才能觀察到覆蓋層退化。在這些地方與石墨顆粒發(fā)生直接相互作用，導(dǎo)致鋰電鍍。

參考和老化電芯中鋰和(a) 和過渡金屬含量(b)

機械SOH設(shè)計更關(guān)注材料和電池組件的機械性能，及其對容量損失的影響。老化電芯負(fù)極的機械SOH略低于參考電芯，裂縫略有增長?？偟膩碚f，可以利用機械SOH來檢測電極材料的退化狀態(tài)。

綜上所述，本項研究評估了支撐物對方形鋰離子電池老化現(xiàn)象的影響。在整個老化測試中，有外部支撐的方形電芯表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能，比無支撐電芯達(dá)到80%的SOH臨界值要晚900個循環(huán)。這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了鋰離子電池外部支撐的必要性，特別是均勻的壓力分布。

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