浅谈锂离子电池衰降机理（上篇）-第2页-北极星储能网

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虽然我们对上述导致锂离子电池衰降可能的机理作出了假设，并作出相关的模型，但是目前既缺乏相应的检测手段，也缺少相关的试验证据支持。我们以某方形锂离子电池为例，该电池在C/25的小倍率下充满电进行解剖，发现其中的一只电池的一片负极极片存在明显的嵌锂不均匀现象，如上图所示，但是实际上相同批次的电池的容量仅仅相差0.2%，而这只有一片不均匀负极的电池反而呈现出了最高的容量，因此传统的筛选手段很难区别出存在这一缺陷的电池，但是负极极片嵌锂不均匀会导致锂离子电池的长期循环性能下降。

近日，英国牛津大学的Christoph R. Birkl提出了利用电池的开路电压对锂离子电池进行检测的方法。锂离子电池的开路电压是正极和负极之间的电势差，反应了锂离子电池的热力学特性，因此能够为我们提供丰富的关于正负极的信息。Christoph R. Birkl利用扣式电池对造成锂离子电池衰降的三种模式对电池开路电压的影响进行了试验验证，发现通过对电池的开路电压曲线的检测，就可以辨别出造成电池衰降的模式。可以说Christoph R. Birkl的工作，为锂离子电池系统的管理作出了突破性的贡献。

Christoph R. Birkl利用从某商业方形电池拆下的电极制作成了扣式电池，并模拟了三种锂离子电池衰降模式：1)锂损失;2)负极活性物质损失;3)正极活性物质损失。为了保证试验的准确性，所有实验电池都需要首先在恒温箱里稳定3h，以达到热平衡。在试验中测得了两种电压，一种是在充放电过程中测得的电压，这也倍称作假电压，假电压可以用来辅助判断锂离子电池的衰降模式。而真正能够对判断锂离子电池衰降模式的是锂离子电池的开路电压。

首先Christoph R. Birkl根据扣式电池极片的面积计算得到了扣式电池的理论容量，然后通过对正极极片进行充电脱锂模拟了不同程度的锂锂离子损失，通过对负极极片进行裁切模拟了负极活性物质损失，对正极极片裁切模拟了正极活性物质损失。为了对试验结果进行分析，Christoph R. Birkl利用柱状图建立了一个物理模型，如上图所示，其中左侧为负极的SoC状态，右侧为正极的SoC状态，上图模型为正常电池的模型，从图上可以看到在正常电池设计中，一般会负极的容量设计的稍微高一些，这一般称作正负极冗余，适当的冗余可以保证锂离子电池循环性能，也能在锂离子电池发生过充的情况下能够容纳足够的锂，确保锂不析出，保证电池的安全性。

在该篇中，我们主要介绍了造成锂离子电池衰降的可能原因，以及Christoph R. Birkl根据这些可能的因素，制作的扣式模拟电池，模拟了：1)锂损失;2)正极活性物质损失;3)负极活性物质损失，简介了Christoph R. Birkl建立的锂离子电池的物理模型，在下一篇中我们将介绍如何利用这一物理模型，对导致锂离子电池衰降的不同因素对锂离子电池开路电压的影响进行分析，敬请关注。

延伸阅读：

柔性储能设备设计综述：锂离子电池篇

原标题：浅谈锂离子电池衰降机理-上篇

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