一种三元锂电池析锂特性以及检测方法研究

锂电池在充电过程中会发生不同程度的析锂，析锂会影响电池的正常工作状态，对电池的性能产生影响。本论文以LG4.2V/2.75Ah18650轻型圆柱锂电池为主要的研究对象，探究三元锂电池充电后析锂的发生条件以及影响因素，对锂电池析锂特性进行分析，同时基于弛豫电压微分曲线的方法，寻找一种可行析锂的检测方式，最后通过并联试验对比正常老化与析锂老化两种不同老化模式对电池寿命的影响，探究析锂对电池安全性与可靠性的影响。

锂离子电池是目前电动汽车最主要的动力源。其中，三元锂电池是一种采用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂作为正极材料的电池[1] [2] [3]，具有高能量密度、高电压平台和良好的循环性能等优势，非常符合当前需求[4] [5]。

然而，在充电过程中，由于外界和内部的各种影响因素，锂电池会出现不同程度的析锂现象。特别是在低温高倍率充电和过充等严酷条件下[6] [7] [8]，锂离子无法正常嵌入石墨负极，而在负极表面被还原为锂单质，即发生析锂现象。析锂会导致电池容量衰减，同时析出的锂可能以枝晶形式生长，严重时可能刺破隔膜引发电池内部短路，导致安全事故。因此，针对锂电池特殊的析锂现象，迫切需要一种有效的析锂检测方法，并对析锂的特性和影响因素进行有效分析，以提高锂电池的运行安全性和可靠性。

本文基于弛豫电压提出了一种析锂检测方法，并在此基础上对主要影响因素温度和充电倍率进行了实验分析， 总结出避免析锂的有效方法。

实验设置了不同温度(−5℃/10℃)和不同充电倍率(1 C、0.7 C、0.5 C、0.3 C)，并对其结果进行了详细分析。此外，本文还搭建了并联试验平台，通过对比研究正常老化和析锂老化对电池寿命的影响，既可以作为判断电池析锂的依据，又可以验证析锂检测方法的可靠性。

2. 电池检测方法 2.1. 锂离子析出–重嵌入机制 锂离子电池在充电时， 正常情况下Li+会从正极脱嵌并嵌入负极石墨层间形成石墨层间化合物。

在充电过程发生析锂时， 实际上共同存在锂离子嵌入负极和锂离子在负极表面沉积这两个过程[9]， 过程如下： 6x6xLiLixeLiCCδδ+−+++→ (1) yLiyeyLi+−+→ (2) 实际上电池在整个过程中会存在一些异常的情况导致电池无发正常的嵌入负极，例如负极嵌锂空间不足、Li+嵌入负极的阻力较大、Li+过快的从正极脱嵌但无法等量的嵌入负极等异常情况发生时，无法嵌入负极的Li+只能在负极表面的电子，形成银白色的金属锂单质，这也是常说的析锂。根据电化学理论， 锂的析出与重新嵌入主要是由负极表面两个电化学副反应组成。其具体过程如下： ( )( )ss1rev2dead3Liem Lim Lim SEI+−+→++ (3)