锂离子动力电池的动力学分析

锂离子电池研究综述—陈欢1 锂离子电池简介离子电池又称为“摇椅电池”，是指以可供锂离子嵌入脱嵌的物质作为正、负极的二次电池。

电解质一般采用溶解有锂盐的有机溶液，根据所用电解质的状态，可分为液态锂离子电池、聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池。

1.1 锂离子电池的工作原理[1]一个锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，外加正负极引线，安全阀，PTC（正温度控制端子），电池壳等。

虽然锂离子电池种类繁多，但其工作原理大致相同。

充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，经过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中，放电以相反过程进行。

再充电，又重复上述过程。

以典型的液态锂离子为例，当以石墨为负极材料，以LiCoO2为正极材料时，其充放电原理为：充电时，Li+从LiCoO2中发生脱嵌，释放一个电子，C3+被氧化为C4 +，与此同时，Li+经过隔膜和电解液迁移到负极石墨表面，进而插入到石墨结构中，石墨结构同时得到一个电子，形成锂—碳层间化合物Li x C6，放电时过程则相反，Li+从石墨结构脱插，嵌入到正极LiCoO2中。

图1 锂离子电池从放电示意图1.2 锂离子电池的优缺点[2](1)能量密度高，输出功率大。

(2)平均输出电压高(约3.6V)，为Ni-Cd、Ni-MH电池的三倍。

(3)工作温度范围宽，一般能在-20-45℃，期望值为-40-70℃。

(4)无记忆效应。

(5)可快速充放电，充放电效率高，可达100%。

(6)没有环境污染，称为绿色电池。

(7)使用寿命长，可达1200次左右。

当然，目前的锂离子电池还存在一些不足。

(1)成本较高，主要是正极材料的价格高，随着正极材料的研究开发不断深入一些新的更廉价的正极材料，如LiMnZO4、LiFePO4等己经初步商品化。

(2)过充电的安全问题还需要进一步解决;(3)与普通电池的相容性差，一般要在用3节AA电池(3.6V)的情况下才可以用锂离子电池代替。

2. 锂离子电池的正极材料为了提高锂离子电池的输出电压、比容量、循环使用寿命，目前正在开发的正极材料主要是具有层状结构、尖晶石结构和橄榄石结构的嵌入化合物，主要有氧化钻锂、氧化镍锂、氧化锰锂、磷酸亚铁锂、三元复合材料等。

硕士学位论文第一章文献综述１．２．２ＬｉＣｏＯ：材料的结构作为锂离子电池的正极材料，其关键之处在于Ｌｉ＋的脱嵌与嵌入过程中结构变化的程度和可逆性。

其应满足的条件是【３９】：①Ｌｉ＋在材料中应有大的可逆插入量，对电极电位的依赖性小，即材料有较宽而稳定的工作平台，以保证有稳定的输出电压。

②具有较大的Ｌｉ＋扩散系数，以提高电池的充放电工作电流。

③材料的结构稳定，Ｌｉ＋有好的脱、插可逆性，以提高充放电的库仑效率，使电极有较长的使用寿命。

ＬｉＣ００２的结构和性能正好满足上述要求。

ＬｉＣ００２具有三种物相，即层状结构的ＨＴ－ＬｉＣ００２（图１－２ａ）、尖晶石结构的ＬＴ－ＬｉＣ００２（图１－２ｂ）和岩盐相的ＬｉＣ００２Ｅ”。

层状的ＬｉＣ００２氧原子采用畸变立方密堆积序列，钴和锂分别占据立方密堆积中的八面体（３ａ）和（３ｂ）位置；尖晶石结构的ＬｉＣ００２中氧原子为理想立方密堆积排列，锂层中含有２５％的钴原子，钴层中含有２５％锂原子；岩盐相晶格中Ｌｉ＋和Ｃ０３＋随机排列，无法清晰地分辨出锂层和钴层。

目前在锂离子电池中应用较多地是层状结构的ＬｉＣ００２，结构如图１．３所示【柏】。

ＬｉＣ００２为层状岩盐结构（ｏ－ＮａＦｅ０２结构），空间群为Ｒ３ｍ，属三方晶系，第１６６号空间群【４１１。

氧离子按ＡＢＣＡＢＣ序列形成立方紧密堆积结构，Ｌｉ＋和ｃ０３＋分别占据与（１１１）面氧原子层平行的单独层，通过它们的相互层叠规整形成六方晶系的超格子，（ａ－Ｏ．２８２ｎｍ，ｃ－＝１．４２ｒｉｍ）Ｃ０３＋和Ｌｉ＋分别占据八面体的３ａ和３ｂ位置，０２。

占据６ｃ位置。

（ａ）（ｂ）图１．２理想层状结构ＬｉＣ００２示意图和理想尖晶石结构ＬｉＣ００２示意图（ａ）层状结构；（ｂ）尖晶石结构Ｆ培１－２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｄｅａｌｌａｙｅｒｅｄｐｈａｓｅａｎｄｉｄｅａｌｓｐｉｎｅｌｐｈａｓｅｏｆＬｉＣ００２（ａ）ｌａｙｅｒｅｄｐｈａｓｅ；＠ｓｐｉｎｅｌｐｈａｓｅ９硕士学位论文第三章ＬｉＣ００２中Ｌｉ＋固相扩散系数的测定中的Ｃｏ－Ｏ键的对称与反对称伸缩振动吸收。

影响动力电池一致性的因素分析以及6大解决措施编者按锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。

以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。

锂离子电池目前在新能源汽车、智能电网等领域中大规模应用情况在逐年增加，但目前电池参数的不一致性是影响电池组使用寿命的关键因素，虽然热管理水平的提升在某种程度上保证了电池组的安全运行，但对于提升电池的一致性水平仍然是大规模使用锂电池的重要技术影响因素。

通过对一个10串10并电池组的模拟，阐明了电池组内的温度分布对其性能与循环寿命的影响。

平均温度越低，温度不均匀程度越高，电池组内单电池放电深度的不一致性越高；平均温度越高，温度不均匀程度越高，电池组循环寿命越短。

值得注意的是，不均匀的温度分布会导致并联支路间电流分配不均，从而恶化单电池老化速率的一致性。

锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。

以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。

锂离子电池组的不一致性或电池组的离散现象就是指同一规格型号的单体蓄电池组成电池组后, 其电压、荷电量、容量、衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率。

单体电池在制造出来后，本身存在一定性能差异。

初始的不一致度随着电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，导致各单体电池状态（SOC、电压等）产生更大的差异；电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同。

这就导致了单体电池的不一致度在使用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发电池组过早失效。

不一致性原因从时间顺序划分，电池组中单体电池的不一致性主要体现在两方面：制造过。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110130488.X(22)申请日 2021.01.29(71)申请人 南昌师范学院地址 330032 江西省南昌市经济开发区瑞香路889号(72)发明人 徐东辉　(74)专利代理机构 南昌市赣昌知识产权代理事务所(普通合伙) 36140代理人 刘鸿运(51)Int.Cl.G06F 30/20(2020.01)G06F 17/12(2006.01)G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01)(54)发明名称锂离子电池一阶RC等效电路动力学模型的动力学特性分析方法(57)摘要本发明提供了一种锂离子电池一阶RC等效电路动力学模型的动力学特性分析方法，包括如下方法，以锂离子电池非线性特性建立基于荷控忆阻器的一阶RC等效电路模型及动力学数学模型，对一阶RC等效电路参数变化的动力学数学模型的混沌动力学特性分析判别锂离子电池寿命；具有较高的工程应用价值和经济意义。

权利要求书3页 说明书12页 附图4页CN 112784432 A 2021.05.11C N 112784432A1.一种锂离子电池一阶RC等效电路动力学模型的动力学特性分析方法，包括如下方法步骤：1)以锂离子电池非线性特性建立基于荷控忆阻器的一阶RC等效电路动力学数学模型，以锂离子电池为电源，以荷控忆阻器、电感及电阻组成混联电路作为负载，建立锂离子电池一阶RC等效电路动力学数学模型；并建立随锂离子电池一阶RC等效电路动力学数学模型的混沌动力学特性分析；2)根据一阶RC等效电路动力学数学模型的混沌动力学特性分析判别锂离子电池寿命；包括根据对混沌动力学特性分析，对系统的耗散性和吸引子存在性分析及电路欧姆内阻对系统影响分析；所述混沌动力学特性分析包括分析该动力学数学模型随一阶RC等效电路中欧姆内阻变化过程中的Lyapunov指数图、时频特征分布、相轨迹图及Poincare映射图的一系列动力学特性，随一阶RC等效电路欧姆内阻变化的混沌特性演变过程，以此实时获取一阶RC等效电路欧姆内阻值；通过对系统的动力学特性分析及一阶RC等效电路欧姆内阻变化情况，实现对锂离子电池寿命的分析判别。

车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控一、本文概述随着新能源汽车市场的迅猛发展和普及，车用锂离子动力电池作为其核心动力源，其安全性和稳定性日益受到人们的关注。

然而，近年来车用锂离子动力电池热失控事件频发，给人们的生命财产安全带来了严重威胁。

因此，深入探究车用锂离子动力电池热失控的诱发与扩展机理，建立准确的热失控模型，以及研发有效的防控措施，已成为当前新能源汽车领域亟待解决的关键问题。

本文旨在全面系统地研究车用锂离子动力电池热失控的诱发与扩展机理，通过建立精确的热失控模型，为防控策略的制定提供科学依据。

文章首先将对车用锂离子动力电池的基本结构和工作原理进行简要介绍，然后重点分析热失控的诱发因素，包括电池内部短路、外部热冲击等。

在此基础上，深入探讨热失控的扩展过程，包括热失控的链式反应、热量传递与扩散等机制。

为了更好地理解热失控现象，本文将建立车用锂离子动力电池的热失控模型。

该模型将综合考虑电池内部化学反应、热传递、材料性能等因素，以揭示热失控过程中的关键参数和影响因素。

通过模型验证和仿真分析，可以为防控策略的制定提供有力支持。

本文将提出一系列有效的防控措施，旨在降低车用锂离子动力电池热失控的风险。

这些措施包括优化电池设计、提升电池材料性能、加强电池管理系统智能化等。

通过实施这些措施，有望为新能源汽车的安全运行提供有力保障。

本文的研究成果不仅对于提升车用锂离子动力电池的安全性具有重要意义，同时也为新能源汽车产业的可持续发展提供了有力支撑。

二、锂离子动力电池热失控诱发机理锂离子动力电池的热失控是一个复杂的过程，涉及电池内部的多个物理和化学变化。

理解这些变化及其相互作用对于预防和控制热失控至关重要。

热失控的诱发机理主要包括电池内部短路、电池滥用、外部热源、材料老化和制造缺陷等。

电池内部短路：电池内部短路是热失控最常见的诱发因素之一。

这可能是由于电池内部隔膜的损坏、锂枝晶的生长或电池内部的金属杂质等原因导致的。

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
数学模型助力三元锂电池充放电动力学分析锰酸锂三元材料混合的锂离子电池正极体系，相对于其它单一活性材。

料的正极来说，较为复杂。

随着此体系不断用于商业化电池设计所采用，
理解其充放电过程中的锂离子脱嵌动力学过程，对电极设计工程师，变得尤为重要。

间歇恒电流电位滴定法（galvanostatic intermittent titration technique）是用来研究如材料相变，结构转变以及质量传递等电极过程
动力学的常用方法，具体操作可简单描述为将电池进行连续几次的“恒定
电流脉冲放电—休息”的放电或充电过程，之后考察电压及材料的变化等。

近日，加拿大滑铁卢大学的毛治宇博士利用数学模型对锰酸锂三元材料
的混合体系的间歇恒电流电位滴定实验分析的结果进行了计算模拟，考察了此混合体系的锂离子电池的充放电动力学。

其论文发表在国际电化学学报上（Electrochimica Acta 222 (2016): 1741-1750.）。

经过分析预测，
当电池停止充放电，即保持开路状态时，锰酸锂和三元材料相互间仍然进行着充放电，锂离子在各活性材料表面进行着脱出或嵌入。

随后，日本研究者Takeshi Kobayashi 等在论文中“锂离子混合正极中锂离子的迁移”（Lithium Migration between Blended Cathodes of Lithium-ion Battery. Journal of Materials Chemistry A (2017).”，用具体实验得
出了与模型预测一致的结论，证明了模型分析的准确性。

专注下一代成长，为了孩子。

锂离子电池中的电化学反应动力学锂离子电池作为一种重要的电能储存装置，广泛应用于移动通信、电动车辆和可再生能源等领域。

了解锂离子电池中的电化学反应动力学对于提高其性能和寿命具有重要意义。

本文将从锂离子电池的基本原理、电化学反应动力学以及影响反应动力学的因素等方面进行探讨。

一、锂离子电池的基本原理锂离子电池由正极、负极和电解质组成。

正极通常由锂离子化合物（如LiCoO2）构成，负极则由石墨材料（如石墨烯）构成。

电解质一般采用有机溶液（如聚合物电解质），用于离子传导。

在充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移，从而实现电能的储存和释放。

二、电化学反应动力学电化学反应动力学研究的是电化学反应的速率和机理。

在锂离子电池中，充放电过程涉及到正负极材料中锂离子的插入和脱出。

这些反应涉及到电子和离子的传输，以及化学反应的发生。

电化学反应动力学的研究可以帮助我们了解充放电过程中的反应机理和速率限制步骤。

三、影响反应动力学的因素1. 温度：温度是影响电化学反应速率的重要因素之一。

一般来说，反应速率随温度的升高而增加，因为高温下分子运动更剧烈，反应物更容易碰撞和反应。

然而，过高的温度会导致电解液的蒸发和电池的热失控，因此需要对温度进行适当控制。

2. 电解液浓度：电解液中的锂离子浓度对反应速率有影响。

较高的锂离子浓度可以提高反应速率，但过高的浓度可能会导致电解液的过饱和和析出。

因此，需要在浓度范围内选择适当的电解液浓度。

3. 电极材料：电极材料的性质和结构也会影响反应动力学。

例如，正极材料的晶体结构和缺陷可以影响锂离子的插入和脱出速率。

负极材料的导电性和表面结构也会对反应速率产生影响。

4. 电池设计：电池的设计参数，如电极厚度、电极面积和电池结构等，也会对反应动力学产生影响。

较大的电极面积和较薄的电极厚度可以提高反应速率，但同时也会增加电阻和电池的成本。

四、应用前景与挑战锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和环境友好等优势，因此在电动车辆和可再生能源等领域具有广阔的应用前景。

锂离子动力电池参数辨识及其SOC估计黄菊花;杨志平;曹铭;常江【摘要】基于三阶RC等效电路模型,提出断点分层的参数辨识方法,通过增加脉冲放电个数提高参数辨识准确度;同时模型参数受温度、电流等诸多因素的影响,且系统噪声的不确定性,可能导致估算算法不收敛,自适应扩展卡尔曼滤波在每次迭代更新的时候,测量数据对状态变量进行动态修正,不断估算并修改干扰噪声的统计特性因而得出的SOC估算值较为准确.最后把估算结果和安时积分法与开路电压法的结合算法得到的曲线作比较,结果表明:该算法估算误差维持在2％左右,表现出优良的估算效果.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】8页(P62-69)【关键词】参数辨识;断点分层技术;自适应扩展卡尔曼滤波;安时积分法;开路电压法【作者】黄菊花;杨志平;曹铭;常江【作者单位】南昌大学机电工程学院,江西南昌330031;南昌大学机电工程学院,江西南昌330031;南昌大学机电工程学院,江西南昌330031;南昌大学机电工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TM912;TP391.9锂离子动力电池凭借质量轻、能量密度高、功率密度高、自放电率低以及循环寿命长等特点，成为了电动汽车的最佳动力源，但相比于铅酸锰酸电池，锂电池表现出更为复杂的瞬态动力学特性，比如明显的迟滞现象和平衡电势的平台特性，这就对电池荷电状态(state of charge,SOC)的准确估算造成了很大的困难。

文献[1]基于多次实验，对磷酸铁锂电池的电动势特性和超电势特性做了大量的研究，针对迟滞现象提出在模型中增加阻容特性的算法。

锂电池的等效模型主要分为3类：电化学模型、等效电路模型和人工神经网络模型，其中等效电路模型是目前应用最为广泛的电池模型。

文献[2]对锂电池的电化学模型做了大量的研究，结果表明电化学模型能够很好的描述电池特性，但其结构复杂，方程中的各个参数都需要通过电化学方法测量获得，测试步骤繁琐；人工神经网络模型对电池的历史数据依赖性较大，对处理器的要求较高，并且需要大量的实验数据，均不适合应用在电动汽车上。

锂电池的动力学和热力学
锂电池是一种常见的充电式电池，广泛应用于移动设备、电动车辆和可再生能源储存等领域。

它的工作涉及动力学和热力学两个方面。

动力学：
在锂电池中，动力学关注电池中的电荷和离子在电极之间的传输速率以及电池的性能特征。

主要的动力学过程包括：
1.电化学反应速率：锂电池的工作涉及锂离子在正负极材料之间的传输，这涉及到电化学反应速率的控制。

反应速率决定了电池充放电的效率和性能。

2.离子扩散：锂离子在电解液中扩散，从一个电极传输到另一个电极。

扩散速率受电解液浓度、电极孔隙度等因素影响。

3.电荷传输：电池内部的电荷传输速率对电池性能至关重要。

电极和电解液之间的电荷传输速率受电极材料性质、电解液浓度等因素影响。

热力学：
在锂电池中，热力学关注电池内部的能量转化、热量生成以及反应的稳定性。

主要的热力学过程包括：
1.电池电势：电池电势是一个衡量电池能量转化的指标，涉及正负极之间的电位差。

正负极之间的电势差越大，电池的电能储存能力越高。

2.放电和充电过程的能量变化：锂电池在充电和放电过程中，能
量在化学反应中进行转化。

这涉及到电池的开路电势、工作电压等参数。

3.热效应：锂电池充放电过程中会伴随热量的生成或吸收。

热效应对电池的性能和安全性都有重要影响，因此需要进行热管理。

总之，锂电池的动力学和热力学都是决定其性能和稳定性的重要因素。

科学家和工程师通过研究这些过程来优化锂电池的设计、性能和使用寿命。

锂离子电池中的相变动力学研究锂离子电池是现代电池技术中最重要的一种，广泛应用于各种便携设备以及电动汽车等领域。

然而，锂离子电池在大容量和高功率应用下，存在着很多挑战，其中之一就是相变动力学的研究。

相变是物质在不同温度或压力下从一种状态转变到另一种状态的过程。

在锂离子电池中，相变动力学是指电池在充放电循环过程中，电极材料和电解质中发生的相变行为。

相变动力学的研究对于理解和提高锂离子电池的性能和寿命至关重要。

首先，让我们来了解一下锂离子电池的基本原理。

锂离子电池由正极、负极和电解质组成。

充电时，锂离子从正极向负极移动，产生电流供给外部设备；而在放电过程中，锂离子从负极返回正极，电流方向相反。

正极和负极材料的相变行为会影响到电池的性能。

在正极材料中，晶格结构的相变是常见的。

随着充放电循环的进行，锂离子在正极和负极之间来回迁移，导致正极材料晶格的收缩和膨胀。

这种晶格的相变会引起电极材料的体积变化，从而导致电极脱落和损坏，降低了电池的寿命和性能。

为了解决这个问题，研究人员通过改变正极材料的组成和结构，以及优化电解质的性能来改善锂离子电池的相变动力学。

例如，通过控制正极材料中锂离子的扩散路径和速率，可以降低相变引起的应力集中，减少电极材料的损伤。

此外，电解质中的相变行为也是影响锂离子电池性能的重要因素之一。

电解质材料的相变可能导致电池内部电阻的增加，从而限制了充电和放电反应的进行。

为了降低电解质材料的相变温度，研究人员提出了一系列的策略，如添加添加剂、改变电解质的结构和组成等。

除了相变动力学的研究，锂离子电池的寿命和安全性也是重要的研究方向。

过充电、过放电、高温，以及电池内部化学反应等因素都可能导致电池性能的衰减和安全风险。

因此，研究人员不仅致力于研究相变动力学，还努力提高锂离子电池的循环寿命和安全性。

总之，锂离子电池中的相变动力学研究对于提高电池的性能和寿命至关重要。

我们需要深入理解电极材料和电解质中的相变行为，并通过优化材料和结构，提高电池的循环寿命和安全性。

车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控引言车用锂离子动力电池作为新能源汽车的核心部件，具有高能量密度、长寿命和环境友好等优势。

然而，在长时间使用或异常情况下，锂离子动力电池可能会出现热失控的情况，导致严重的安全问题。

不了解热失控的诱发与扩展机理，不能有效地进行建模与防控，这将对新能源汽车的发展带来重大障碍。

一、热失控的诱发机理1. 过充电与过放电过充电和过放电是引发锂离子动力电池热失控的主要原因之一。

过充电会引起电池内部发生副反应，产生大量热量，导致电池温度升高；过放电会导致锂离子析出金属锂，形成锂枝和锂塑料，造成电池内短路并升温。

2. 电池内部短路电池内部短路是热失控的另一个主要诱发因素。

当电池内部发生结构破坏、电解液泄露或隔膜被破坏时，正负极之间会发生短路，导致电池温度升高，并且可能引发火灾。

3. 外部因素的影响外部因素，如高温环境、机械撞击、震动和电池老化等，也会引发锂离子动力电池的热失控。

高温环境会增加电池内部自发热的速率，机械撞击和震动会导致电池内部物质的移位和损伤，电池老化会导致电池内部结构和材料的退化。

二、热失控的扩展机理一旦锂离子动力电池发生热失控，温度升高快速释放的大量热量将会导致热失控的扩展。

在扩展过程中，主要有以下机理：1. 热反应的链式反应锂离子动力电池的热失控是一个自加速的过程。

在高温下，电池内部发生的自燃和爆炸反应产生更多的热量，进一步加剧电池的热失控，形成链式反应。

2. 气体生成与扩散电池内部的热失控过程中，会产生大量的气体，如氢气和氧气等。

这些气体的生成和扩散会加速电池的扩展过程，导致火灾和爆炸的发生。

3. 热通道和热传导热通道和热传导是热失控扩展的重要机理之一。

电池内部结构的设计、材料的选择以及电池组的组装方式会影响热通道的形成与热传导的速率，进而影响热失控的扩展速度和范围。

三、建模与防控策略建立准确的锂离子动力电池热失控模型是进行防控的基础。

三元锂离子动力电池衰减机理杨㊀涛ａ㊀刘文凤ｂꎬｃ㊀马梦月ｃ㊀董红玉ｂ∗㊀杨书廷ｂ∗(ａ河南锂动电源有限公司ꎻｂ河南师范大学化学化学学院ꎻｃ河南电池研究院有限公司㊀河南新乡４５３０００)摘㊀要㊀失效分析是通过剖析电池循环过程中复杂的物理和化学变化引起的失效现象ꎬ优化材料制备和电池制作工艺ꎬ提升电池性能的有效途径ꎮ通过对３ ０~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周镍钴锰酸锂(ＮＣＭꎬＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)三元锂离子动力电池拆解分析后发现ꎬ正极容量损失约为２ ７３％ꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ对比正负极片循环前后Ｘ射线衍射和场发射扫描电子显微镜分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和结构转变引起的ꎬ负极衰减主要由循环过程中Ｌｉ＋持续脱嵌导致石墨层状结构损伤引起的ꎮ正极过渡金属阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液/电极界面副反应ꎬ导致负极过度成膜ꎬ活性锂损失ꎬ影响电极过程动力学也是电池失效的原因之一ꎮ关键词㊀三元正极ꎻ失效机理ꎻ离子溶出ꎻ动力电池ꎻ锂离子电池中图分类号:Ｏ６４６㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１０００￣０５１８(２０２０)１０￣１１８１￣０６ＤＯＩ:１０.１１９４４/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣０５１８.２０２０.１０.２００１１６２０２０￣０４￣２２收稿ꎬ２０２０￣０６￣２３修回ꎬ２０２０￣０７￣２０接受通讯联系人:董红玉ꎬ副教授ꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｄｏｎｇｈｙ３７３＠１６３.ｃｏｍꎻ研究方向:新能源材料共同通讯联系人:杨书廷ꎬ教授ꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｓｈｕｔｉｎｇｙａｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍꎻ研究方向:新能源材料锂离子电池因其能量密度高㊁循环寿命长㊁自放电率低及无记忆效应等优点ꎬ在便携式电子设备和电动汽车等领域得到广泛应用[１￣２]ꎮ而商业化的锂离子电池在使用过程中会出现容量衰减ꎬ内阻增大ꎬ倍率降低等失效现象ꎬ严重降低了锂离子电池使用的循环寿命和安全性[３￣６]ꎮ采用合适的测试手段ꎬ合理的实验设计分析循环过程中电池内部复杂的物理和化学变化ꎬ找到电池失效的主要原因ꎬ并在材料制备过程上和电芯制作工艺上提供可靠有效的优化建议ꎬ对提升电池性能和改进电池技术具有重要意义[７￣１１]ꎮ本文对商业化高功率三元电池(镍钴锰酸锂ꎬＮＣＭ)进行１Ｃ充放电的长循环测试ꎬ观测循环过程中容量变化ꎬ并通过循环后拆解分析推断电池失效的原因ꎮ１㊀实验部分１.１㊀试剂、材料和仪器碳酸二甲酯(ＤＭＣꎬ分析纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ盐酸(优级纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ硝酸(优级纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎮ３０Ａ ｈ锂离子动力电池:河南锂动电源有限公司ꎻＮＣＭ５２３正极(ＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)三元(新乡天力锂能股份有限公司)ꎻ人造石墨负极材料ＦＳＮ(以冯苏宁的姓名简称命名)负极(上海杉杉科技有限公司)ꎬ聚乙烯(ＰＥ)隔膜(新乡市格瑞恩新能源材料股份有限公司)ꎮ电解液(ＨＲ３２０Ｊ河南华瑞高新材料科技股份有限公司ꎻ组分:六氟磷锂(ＬｉＰＦ６)/碳酸乙烯酯(ＥＣ)㊁碳酸二乙酯(ＤＥＣ)㊁碳酸甲乙酯(ＥＭＣ)㊁含硫添加剂)ꎮ循环寿命测试采用ＣＴ２００１Ｄ型蓝电测试仪(武汉市蓝电电子有限公司)ꎻ电化学阻抗测试采用ＣＨＩ７６０ｅ型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)ꎻＤ８ＡＤＶＡＮＣＥ型Ｘ射线衍射仪(ＸＲＤꎬ德国布鲁克公司)ꎻＳＵ８０１０型场发射扫描电子显微镜(ＦＥＳＥＭꎬ日本日立公司)ꎻｉＣＡＰ８３００Ｒａｄｉａｌ型等离子电感耦合(ＩＣＰꎬ美国赛默飞公司)ꎻＱＵＡＮＴＡＸ７０型Ｘ射线能谱(ＥＤＳꎬ德国布鲁克公司)ꎮ１.２㊀实验方法１.２.１㊀电性能测试将上述３０Ａｈ的电池采用１Ｃ恒流恒压充电到４ ２Ｖꎬ截止电流为０ ０５Ｃꎬ静置５ｍｉｎꎬ然后再以１Ｃ第３７卷第１０期应用化学Ｖｏｌ.３７Ｉｓｓ.１０２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｏｃｔ.２０２０恒流放电至３Ｖꎬ如此循环１０００周ꎮ记录每周充放电容量ꎬ并计算其容量保持率ꎮ１.２.２㊀电池拆解及极片处理将电池放电完全ꎬ在手套箱中拆解ꎬ得到循环后的正负极片并将其裁剪成２ｃｍˑ２ｃｍ放在碳酸二甲酯(ＤＭＣ)溶液中浸洗１５ｍｉｎꎬ晾干ꎬ备用ꎮ１.２.３㊀ＩＣＰ测试将上述浸洗后的２ｃｍˑ２ｃｍ的负极极片从手套箱中取出ꎬ加入盛有超纯水的烧杯中超声２０ｍｉｎꎬ去除铜集流体后烘干ꎮ加入优级纯的盐酸与硝酸消解至反应完全ꎮ将溶液转移至５０ｍＬ容量瓶中定容ꎮ１.２.４㊀扣式电池组装及测试将上述浸洗过的正负极片在手套箱中裁成直径为１２ｃｍ的圆片ꎬ用锂片做对电极ꎬ隔膜为Ｃｅｌｇａｒｄ２４００ꎬ电解液为ＨＲ３２０Ｊꎬ组装成扣式电池进行循环容量测试和电化学阻抗测试ꎮ作为对比ꎬ拆解未循环的电池ꎬ将正负极片做相同测试ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀循环测试图１㊀(Ａ)ＮＣＭ三元动力电池循环图ꎻ(Ｂ)循环前后正极片扣式电池半电池测试对比数据ꎻ(Ｃ)循环前后负极片扣式电池半电池测试对比数据Ｆｉｇ.１㊀(Ａ)ＴｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮＣＭＬＩＰＢꎻ(Ｂ)Ｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)Ｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ图１Ａ为循环过程中ＮＣＭ三元动力电池的容量变化及容量保持率ꎮＮＣＭ三元动力电池初始容量为３０ ５８Ａ ｈꎮ在１Ｃ电流密度下循环１０００周后容量为２７ ５７Ａ ｈꎬ容量保持率为９０ １５％ꎮ将循环后放电完全的电池在手套箱中拆解ꎬ将拆解后的正负极片清洗后重新组装成扣式电池半电池进行循环测试ꎬ与新鲜极片的扣式电池数据对比ꎮ图１Ｂ为循环前正极片与１０００次循环后剖解正极片的扣式电池半电池循环性能对比ꎮ循环前正极片克容量为１４７ｍＡ ｈ/ｇꎬ１０００周后正极片克容量保留１４３ｍＡ ｈ/ｇꎬ２８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀正极容量损失约为２ ７３％ꎮ图１Ｃ为循环前负极片与１０００次循环后剖解负极片的扣式电池循环性能对比ꎮ循环前负极片克容量为３３４ｍＡ ｈ/ｇꎬ１０００周后负极片克容量保留３２６ｍＡ ｈ/ｇꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ２.２㊀正极极片失效原因分析图２Ａ为循环前后正极片ＸＲＤ对比ꎮ部分峰向高角度略微偏移ꎬ循环后晶面间距略微变小ꎮ晶胞参数比ｃ/ａ值由５ ０６降低为５ ０１ꎬ峰强度比Ｉ(００３)/Ｉ(１０４)由循环前的３ ８６减小为２ ８２ꎬ混排增加ꎮ由于Ｎｉ２＋和Ｌｉ＋的离子半径相近且其迁移势垒较低ꎬ随着循环进行ꎬＮＣＭ材料晶格的３ｂ位点易发生Ｌｉ￣Ｎｉ位置交换ꎬ出现Ｌｉ＋/Ｎｉ２＋混排ꎬ阻塞Ｌｉ的传输通道ꎬ有层状结构向岩盐结构转变的趋势ꎬ导致电池长循环性能差[１２￣１４]ꎮ图２Ｂ和２Ｃ分别为循环前后正极ＦＥＳＥＭ图ꎬ循环后颗粒破碎严重ꎬ导致极片内部导电网络断开ꎬ活性材料部分失活ꎬ容量衰减ꎮ图２㊀(Ａ)循环前后正极片ＸＲＤ数据对比ꎻ(Ｂ)循环前正极片的ＦＥＳＥＭ图ꎻ(Ｃ)循环后正极片的ＦＥＳＥＭ图Ｆｉｇ.２㊀(Ａ)ＴｈｅＸＲＤｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ２.３㊀负极极片失效原因分析图３Ａ为循环前后负极片ＸＲＤ对比ꎮ循环后峰强变弱ꎬ峰位置略有偏移ꎬ且循环后的极片在小于(００２)晶面处出现小的伴峰ꎬ可能是循环过程中锂离子插入导致部分石墨层晶面间距变大引起的ꎬ说明循环过程中负极结构有部分损伤ꎮ图３Ｂ和３Ｃ为循环前负极极片不同倍数的ＦＥＳＥＭ图ꎬ颗粒表面光滑ꎬ边缘清晰ꎮ循环后负极极片表面覆盖一层较厚的膜状物ꎬ推测为电解液与负极表面副反应形成的固体电解质界面(ＳＥＩ)膜ꎬＳＥＩ存在是一把双刃剑ꎬ一方面适量的ＳＥＩ膜可以稳定电解液与负极界面ꎬ阻碍更多副反应的发生ꎬ增强电池循环稳定性ꎮ另一方面ＳＥＩ过厚会导致电池活性锂损失ꎬ极化严重ꎬ内阻增加ꎮ循环过程中过渡金属阳离子溶解并催化电解液不断分解ꎬ迁移到负极表面破坏ＳＥＩ膜ꎬ导致新的ＳＥＩ不断形成ꎬ消耗活性锂ꎬ并增加电池内阻[１５￣１６]ꎮ图３㊀(Ａ)循环前后负极片ＸＲＤ数据对比ꎻ(Ｂ)循环前负极片的ＦＥＳＥＭ图ꎻ(Ｃ)循环后负极片的ＦＥＳＥＭ图Ｆｉｇ.３㊀(Ａ)ＴｈｅＸＲＤｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ２.４㊀负极与电解液界面分析图４为循环后负极表面ＥＤＳ图ꎬ循环后负极表面Ｏ㊁Ｆ㊁Ｓ㊁Ｐ等元素聚集分布ꎬ其中Ｆ㊁Ｐ㊁Ｓ元素主要３８１１㊀第１０期杨涛等:三元锂离子动力电池衰减机理来自于电解液的锂盐(ＬｉＰＦ６)及其含硫添加剂ꎬ说明了循环后负极表面的ＳＥＩ膜由电解液与负极界面的副反应导致的[１７]ꎮ图４㊀循环后负极极片ＥＤＳ图Ｆｉｇ.４㊀ＴｈｅＥＤＳｍａｐｐｉｎｇｓｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ图５Ａ为循环后电池负极表面Ｎｉ㊁Ｃｏ㊁Ｍｎ元素的沉积量ꎬ其物质的量比为５ʒ１ʒ７ ８ꎬ与原材料ＮＣＭ５２３相比Ｍｎ最容易溶出ꎬ主要由循环过程中Ｍｎ３＋更容易发生歧化反应导致的ꎮ因此正极过渡金属阳离子溶解并在负极沉积ꎬ催化电解液分解也是电池衰减的原因之一[１８]ꎮ图５Ｂ为循环前后拆解的负极极片组装扣电的ＥＩＳ图谱对比ꎮ如图所示ꎬ两条谱线均是由一个扁圆和一条斜线组成ꎬ分别代表电荷转移电阻Ｒｃｔ和锂离子扩散电阻Ｚｗ[１９￣２０]ꎮ循环后电池表现出较大的扁圆半径和较小的斜线斜率ꎬ说明循环后电池电荷转移电阻增大和锂离子扩散速率降低ꎮ从电化学动力学上进一步证明负极过渡成膜是导致电池失效的原因之一ꎮ图５㊀(Ａ)循环后电池负极极片表面ＮｉꎬＣｏꎬＭｎ元素的沉积量ꎻ(Ｂ)循环前后拆解的负极极片扣电的ＥＩＳ图Ｆｉｇ.５㊀(Ａ)ＴｈｅａｍｏｕｎｔｏｆＮｉꎬＣｏａｎｄＭｎｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＥＩＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅ(ａ)ａｎｄａｆｔｅｒ(ｂ)ｃｙｃｌｉｎｇ综上所述ꎬ通过对在３ ０~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周后的ＮＣＭ动力电池拆解分析得到以下结论:对循环前后正极极片扣式电池测试数据ꎬ计算得正极容量损失约为２ ７３％ꎻ由循环后正极片的ＦＥＳＥＭ４８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀和ＸＲＤ测试分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和正极表面层状结构向无序岩盐结构引起ꎮ对循环前后负极极片扣式电池测试数据ꎬ计算负极容量损失约为２ ４％ꎻ由循环前后负极片的ＸＲＤ对比发现ꎬ负极衰减主要循环过程中锂离子不断脱嵌导致部分石墨层状结构损伤引起的ꎻ由ＦＥＳＥＭ分析结果发现负极过渡成膜导致活性锂损失也是电池失效的原因之一ꎮ对拆解后负极极片的界面进行ＥＤＳ㊁ＩＣＰ测试分析ꎬ负极过渡成膜是正极过渡阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液与负极表面的副反应造成的ꎮ３㊀结㊀论失效分析是通过剖析电池循环过程中复杂的物理和化学变化引起的失效现象ꎬ优化材料制备和电池制作工艺ꎬ提升电池性能的有效途径ꎮ本文通过对３~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周ＮＣＭ动力电池拆解分析后发现ꎬ正极容量损失约为２ ７３％ꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ通过对比正负极片循环前后ＸＲＤ和ＦＥＳＥＭ分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和正极锂镍混排导致的结构变化引起的ꎬ负极衰减主要循环过程中锂离子持续脱嵌导致石墨层状结构损伤引起的ꎮ正极过渡阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液/电极界面副反应ꎬ导致负极过渡成膜ꎬ活性锂损失ꎬ电极过程动力学滞后也是电池失效的原因之一ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]ＥｔａｃｈｅｒｉＶꎬＭａｒｏｍＲꎬＥｌａｚａｒｉＲꎬｅｔａｌ.ＣｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ:ＡＲｅｖｉｅｗ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＥｎｖｉｒｏｎＳｃｉꎬ２０１１ꎬ４(９):３２４３￣３２６２.[２]ＧｏｒｉｐａｒｔｉＳꎬＭｉｅｌｅＥＤｅＡｎｇｅｌｉｓＦꎬｅｔａｌ.ＲｅｖｉｅｗｏｎＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＮａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１４ꎬ２５７:４２１￣４４３.[３]ＬｕＬꎬＨａｎＸꎬＬｉＪꎬｅｔａｌ.ＡＲｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅＫｅｙＩｓｓｕｅｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１３ꎬ２２６:２７２￣２８８.[４]ＷＡＮＧＱｉｙｕꎬＷＡＮＧＳｈｕｏꎬＺＨＡＮＧＪｉｅᶄｎａｎꎬｅｔａｌ.ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１７ꎬ６(５):１００８￣１０２３(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).王其钰ꎬ王朔ꎬ张杰男ꎬ等.锂离子电池失效分析概述[Ｊ].储能科学与技术ꎬ２０１７ꎬ６(５):１００８￣１０２３.[５]ＡｒｏｒａｔＰꎬＷｈｉｔｅＲ.ＣａｐａｃｉｔｙＦａｄｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄＳｉｄｅＲｅａｃｔｉｏｎｓｉｎＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃꎬ１９９８ꎬ１４５:３６４７￣３６６７.[６]ＲＡＯＳｕｍｉｎꎬＬＩＣｈｅｎｇｌｉａｎｇ.ＲｅａｓｏｎｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＦａｉｌｕｒｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＥｎｅｒｇｙＲｅｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１７ꎬ４１:１５２８￣１５６４(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).饶苏敏ꎬ李成亮.锂电池失效及材料界面能降低究因[Ｊ].电源技术ꎬ２０１７ꎬ４１:１５２８￣１５６４.[７]ＷａｔａｎａｂｅＳꎬＫｉｎｏｓｈｉｔａＭꎬＨｏｓｏｋａｗａＴꎬｅｔａｌ.ＣａｐａｃｉｔｙＦａｄｅｏｆＬｉＡｌｙＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＯ２ＣａｔｈｏｄｅｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓＤｕｒｉｎｇＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＣａｌｅｎｄａｒａｎｄＣｙｃｌｅＬｉｆｅＴｅｓｔｓ(ＳｕｒｆａｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｉＡｌｙＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＯ２ＣａｔｈｏｄｅＡｆｔｅｒＣｙｃｌｅＴｅｓｔｓｉｎＲｅｓｔｒｉｃｔｅｄＤｅｐｔｈｏｆＤｉｓｃｈａｒｇｅＲａｎｇｅｓ)[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１４ꎬ２５８:２１０￣２１７.[８]ＢｅｔｔｇｅＭꎬＬｉＹꎬＧａｌｌａｇｈｅｒＫꎬｅｔａｌ.ＶｏｌｔａｇｅＦａｄｅｏｆＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅｓ:ＩｔｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＩｍｐａｃｔｏｎＥｎｅｒｇｙＤｅｎｓｉｔｙ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃꎬ２０１３ꎬ１６０(１１):Ａ２０４６￣Ａ２０５５.[９]ＷＡＮＧＷｅｉｎａꎬＺＨＥＮＧＪｉａｎｊｉｅ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＤｅｃｌｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＳｔｏｒａｇｅＬｉｆｅｏｆＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓＵｓｅｄｉｎＳｐａｃｅ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１９ꎬ４３:１６０５￣１６０７(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).王炜娜ꎬ郑见杰.空间用锂离子电池储存寿命衰降机理分析[Ｊ].电源技术ꎬ２０１９ꎬ４３:１６０５￣１６０７.[１０]ＣＨＥＮＸｉａｏｘｕａｎꎬＬＩＳｈｅｎｇꎬＨＵＹｏｎｇｇａｎｇꎬｅｔａｌ.ＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｒｎａｒｙＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１９ꎬ８:１００３￣１０１６(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).陈晓轩ꎬ李晟ꎬ胡泳钢ꎬ等.锂离子电池三元层状氧化物正极材料失效模式分析[Ｊ].储能科学与技术ꎬ２０１９ꎬ８:１００３￣１０１６.[１１]ＢｉａｓｉＬꎬＳｃｈｗａｒｚＢꎬＢｒｅｚｅｓｉｎｓｋｉＴꎬｅｔａｌ.ＣｈｅｍｉｃａｌꎬＳｔｒｕｃｔｕｒａｌꎬａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＡｓｐｅｃｔｓｏｆＦｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｏｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＬｅｎｇｔｈＳｃａｌｅｓｏｆＮｉ￣ＲｉｃｈＮＣＭａｎｄＬｉ￣ＲｉｃｈＨＥ￣ＮＣＭＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡｄｖＭａｔｅｒꎬ２０１９ꎬ３１(２６):ｅ１９００９８５.[１２]ＺｈｏｕＨꎬＸｉｎＦꎬＰｅｉＢꎬｅｔａｌ.ＷｈａｔＬｉｍｉｔｓｔｈｅＣａｐａｃｉｔｙｏｆＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＣａｔｈｏｄｅｓｉｎＬｉｔｈｉｕｍＢａｔｔｅｒｉｅｓ?[Ｊ].ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔꎬ２０１９ꎬ４(８):１９０２￣１９０６.[１３]ＷｅｉｇｅｌＴꎬＳｃｈｉｐｐｅｒＦꎬＥｒｉｃｋｓｏｎＥꎬｅｔａｌ.ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＡｓｐｅｃｔｓｏｆＬｉＮｉ０.８Ｃｏ０.１Ｍｎ０.１Ｏ２ＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓＤｏｐｅｄｂｙＶａｒｉｏｕｓＣａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔꎬ２０１９:５０８￣５１６.[１４]ＲａｎＱꎬＺｈａｏＨꎬＨｕＹꎬｅｔａｌ.ＥｎｈａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＤｕａｌ￣ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＬａｙｅｒｓＣｏａｔｅｄＮｉ￣ｒｉｃｈＬｉＮｉ０.６Ｃｏ０.２Ｍｎ０.２Ｏ２ＣａｔｈｏｄｅｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓａｔＨｉｇｈＣｕｔ￣ＯｆｆＶｏｌｔａｇｅ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍＡｃｔａꎬ２０１８ꎬ２８９:８２￣９３.５８１１㊀第１０期杨涛等:三元锂离子动力电池衰减机理６８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀[１５]ＬｅａｎｚａＤꎬＶａｚＣꎬＭｅｌｉｎｔｅＧꎬｅｔａｌ.ＲｅｖｅａｌｉｎｇｔｈｅＤｕａｌＳｕｒｆａｃｅＲｅａｃｔｉｏｎｏｎａＨＥ￣ＮＣＭＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＣａｔｈｏｄｅａｎｄＴｈｅｉｒＩｍｐａｃｔｏｎｔｈｅＣｏｕｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｄｅ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１９ꎬ１１(６):６０５４￣６０６５.[１６]ＣａｏＹꎬＱｉＸꎬＨｕＫꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰｏｌｙｍｅｒｓＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎｔｏＥｎｈａｎｃｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮｉ￣ＲｉｃｈＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１８ꎬ１０(２１):１８２７０￣１８２８０.[１７]ＨｅｋｍａｔｆａｒＭꎬＫａｚｚａｚｉＡꎬＥｓｈｅｔｕＧꎬｅｔａｌ.ＵｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ/ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒｏｎｔｈｅＬｉ￣ＲｉｃｈＮｉｃｋｅｌＭａｎｇａｎｅｓｅＣｏｂａｌｔＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＣａｔｈｏｄｅｂｙＸＰＳ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１９ꎬ１１(４６):４３１６６￣４３１７９. [１８]ＧａｏＨꎬＣａｉＪꎬＸｕＧꎬｅｔａｌ.ＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＳｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＰａｒａｓｉｔｉｃＲｅａｃｔｉｏｎｓｏｆａＮｉｃｋｅｌ￣ＲｉｃｈＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＣａｔｈｏｄｅ[Ｊ].ＣｈｅｍＭａｔｅｒꎬ２０１９ꎬ３１(８):２７２３￣２７３０.[１９]ＡｌｃáｎｔａｒａＲꎬＪａｒａｂａＭꎬＬａｖｅｌａＰꎬｅｔａｌ.Ｘ￣ＲａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＳｔｕｄｙｏｆＺｉｎｃＣｏａｔｅｄＬｉＮｉ０.５Ｍｎ１.５Ｏ４Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏａｎａｌＣｈｅｍꎬ２００４ꎬ５６６(１):１８７￣１９２.[２０]ＧｏｐａｌａｋｒｉｓｈｎａｎＲꎬＬｉＹꎬＳｍｅｋｅｎｓＪꎬｅｔａｌ.ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＰａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＬｉｔｈｉｕｍＮｉｃｋｅｌＭａｎｇａｎｅｓｅＣｏｂａｌｔＯｘｉｄｅＰｏｕｃｈＣｅｌｌｓ:ＤｅｐｅｎｄｅｎｃｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ[Ｊ].Ｉｏｎｉｃｓꎬ２０１９ꎬ２５:１１１￣１２３.ＦａｄｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＴｅｒｎａｒｙＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＰｏｗｅｒＢａｔｔｅｒｙＹＡＮＧＴａｏａꎬＬＩＵＷｅｎｆｅｎｇｂꎬｃꎬＭＡＭｅｎｇｙｕｅｃꎬＤＯＮＧＨｏｎｇｙｕｂ∗ꎬＹＡＮＧＳｈｕｔｉｎｇｂ∗(ａＨｅᶄｎａｎＬｉｔｈｉｕｍＰｏｗｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄꎻｂＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅᶄｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎻｃＴｈｅＢａｔｔｅｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅｎａｎꎬＸｉｎｘｉａｎｇꎬＨｅᶄｎａｎ４５３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｘｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｄｕｒｉｎｇｂａｔｔｅｒｙｃｙｃｌｉｎｇꎬｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｂａｔｔｅｒｙꎬａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｆｔｅｒｄｉｓｍａｎｔｌｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｔｅｒｎａｒｙｎｉｃｋｅｌｃｏｂａｌｔｍａｎｇａｎｅｓｅ(ＮＣＭꎬＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙ(ＮＣＭＬＩＰＢ)ａｔ１Ｃｉｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｒａｎｇｅｏｆ３~４ ２Ｖｆｏｒ１０００ｃｙｃｌｅｓꎬｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓａｂｏｕｔ２ ７３％ꎬａｎｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｏｆａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓａｂｏｕｔ２ ４％.ＣｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃａｔｈｏｄｅａｎｄａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎬｃａｐａｃｉｔｙｆａｄｅｏｆｃａｔｈｏｄｅｉｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｂｒｅａｋａｇｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＣＭｌａｙｅｒ.ＴｈｅｃａｐａｃｉｔｙｆａｄｅｏｆａｎｏｄｅｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｗｈｉｃｈｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＬｉ＋ｄｅ￣ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｃｙｃｌｉｎｇ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｃａｔｉｏｎｄｉｓｓｏｌｖｅｓａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓꎬａｎｄｃａｔａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｉｄｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ/ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｏｒｅｓｕｌｔｉｎｅｘｃｅｓｓｉｖｅｆｉｌｍｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｌｏｓｓｏｆａｃｔｉｖｅｌｉｔｈｉｕｍꎬｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｒｏｃｅｓｓꎬｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｂａｔｔｅｒｙｆａｉｌｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ｔｅｒｎａｒｙｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｆａｄｅｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻｉｏｎｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎꎻｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙꎻｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙＲｅｃｅｉｖｅｄ２０２０￣０４￣２２ꎻＲｅｖｉｓｅｄ２０２０￣０６￣２３ꎻＡｃｃｅｐｔｅｄ２０２０￣０７￣２０Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＤＯＮＧＨｏｎｇｙｕꎬａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｄｏｎｇｈｙ３７３＠１６３.ｃｏｍꎻＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ:ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌｓＣｏ￣ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＹＡＮＧＳｈｕｔｉｎｇꎬｐｒｏｆｅｓｓｏｒꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｓｈｕｔｉｎｇｙａｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍꎻＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ:ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌｓ。

锂离子电池电化学测量方法解析锂离子电池电极过程动力学探究中常用的有循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流间歇滴定技术(GITT)、恒电位间歇滴定技术(PITT)、电流脉冲弛豫(CPR)、电位阶跃计时电流(PSCA)和电位弛豫技术(PRT)等。

1、锂电池的主要电极反应电池中电极过程一般包括溶液相中离子的传输，电极中离子的传输，电极中电子的传导，电荷转移，双电层或空问电荷层充放电，溶剂、电解质中阴阳离子，气相反应物或产物的吸附脱附，新相成核长大，与电化学反应耦合的化学反应，体积变化，吸放热等过程。

这些过程有些同时进行，有些先后发生。

电极过程的驱动力包括电化学势、化学势、浓度梯度、电场梯度、温度梯度。

2、分清两电极和三电极电化学测量一般采用两电极电池或三电极电池，较少使用四电极电池。

（1）两电极两电极由研究电极（W），亦称之为工作电极和辅助电极（C），亦称之为对电极组成。

锂电池的研究中多数为两电极电池，两电极电池测量的电压是正极电势与负极电势之差，无法单独获得其中正极或负极的电势及其电极过程动力学信息。

（2）三电极三电极电池包括，W和C分别是工作电极和对电极，R是参比电极。

W和C 之间通过极化电流，实现电极的极化。

W和R之间通过极小的电流，用于测量工作电极的电势。

通过三电极电池，可以专门研究工作电极的电极过程动力学。

3、参比电极的特征●参比电极应为可逆电极；●不易被极化，以保证电极电势比较标准和恒定●具有较好的恢复特性，不发生严重的滞后现象●具有较好的稳定性和重现性●快速暂态测量时，要求参比电极具有较低的电阻，以减少干扰，提高测量系统的稳定性●不同的溶液体系，采用相同的参比电极的，其测量结果可能存在差异，误差主要来源于溶液体系间的相互污染和液接界电势的差异。

4、常用的参比电极水溶液体系参比电极：可逆氢电极、甘汞电极、汞一氧化汞电极、汞一硫酸亚汞电极等；非水溶液体系参比电极：银一氯化银电极、Pt电极以及金属锂、钠等电极。

锂离子电池基础科学问题总结和展望一、本文概述随着科技的飞速发展，锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，已经在移动电子设备、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。

然而，随着应用的深入，锂离子电池的基础科学问题也逐渐显现，成为制约其进一步发展的关键因素。

本文旨在对锂离子电池的基础科学问题进行总结和展望，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考。

本文将首先回顾锂离子电池的发展历程和现状，分析其在应用中所面临的主要科学问题，包括电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等方面的挑战。

在此基础上，本文将重点探讨锂离子电池的基础科学问题，如正负极材料的结构与性能、电解质的设计与优化、电池界面反应机制等。

本文将展望锂离子电池的未来发展方向，探讨新型材料、新型电池结构、新型电池管理系统等可能的解决方案，以期推动锂离子电池技术的进一步发展。

通过本文的总结和展望，我们希望能够为锂离子电池领域的研究者提供一个全面、深入的理解，为其在解决基础科学问题、推动技术进步方面提供有益的参考。

我们也期待通过本文的探讨，能够激发更多研究者对锂离子电池技术的兴趣和热情，共同推动这一领域的繁荣发展。

二、锂离子电池基础知识锂离子电池（LIBs）是现代电化学储能技术的核心，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能系统等领域。

其工作原理基于锂离子在正负极材料之间的嵌入和脱出，伴随着电能的存储和释放。

锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成，其中正负极材料的选择直接决定了电池的性能。

正极材料通常为含锂的过渡金属氧化物，如钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）和磷酸铁锂（LiFePO₄）等。

这些材料具有高能量密度和良好的结构稳定性，是锂离子电池性能的关键。

负极材料则多为碳基材料，如石墨、硅碳复合材料等，它们具有较低的嵌锂电位和良好的循环稳定性。

电解质在锂离子电池中扮演着离子传输的媒介角色，其性能直接影响到电池的内阻、容量和循环寿命。

简介锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。

所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。

举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。

锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。

电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。

而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。

回正极的锂离子越多，放电容量越高。

我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。

Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。

所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。

锂离子电池电池组成部分钢壳/铝壳系列：（1）电池上下盖（2）正极——活性物质一般为氧化锂钴（3）隔膜——一种特殊的复合膜（4）负极——活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）软包装系列（1）正极——活性物质一般为氧化锂钴（2）隔膜——PP或者PE复合膜（3）负极——活性物质为碳（4）有机电解液（5）电池壳——铝塑复合膜充电第一次充电，如果时间能较长，那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态，如此能增长电池使用寿命。

锂离子电池优缺点锂离子电池具有以下优点：1）电压高，单体电池的工作电压高达3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍2）比能量大，目前能达到的实际比能量为100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400 Wh/L 3）循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力.4）安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。

车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控一、概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁、高效的电动汽车（EV）已成为未来交通出行的重要选择。

而车用锂离子动力电池作为电动汽车的核心部件，其性能直接决定了电动汽车的续航里程、安全性能以及使用寿命。

电池热失控问题一直是制约车用锂离子动力电池性能提升和安全运行的关键因素。

深入研究车用锂离子动力电池热失控的诱发与扩展机理、建立精确的热失控模型以及探索有效的防控策略，对于提升电动汽车的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。

本文首先对车用锂离子动力电池热失控的基本概念进行界定，明确热失控的诱发因素和扩展过程。

接着，从材料学、电化学和传热学等多个角度出发，详细阐述热失控的诱发与扩展机理，包括电池内部短路、热失控触发条件、热量传递与积聚等方面。

在此基础上，本文将介绍热失控模型的建立方法，包括基于物理原理的模型、基于数据驱动的模型等，并对各种模型的优缺点进行比较分析。

本文将探讨车用锂离子动力电池热失控的防控策略，包括电池材料改进、电池管理系统优化、热隔离与散热技术等。

通过综合运用这些策略，有望降低车用锂离子动力电池热失控的风险，提高电动汽车的安全性和可靠性，为电动汽车的广泛应用和可持续发展提供有力保障。

1. 车用锂离子动力电池的重要性和应用背景随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，新能源汽车作为一种环保、节能的交通方式，逐渐受到了广泛的关注和应用。

作为新能源汽车的核心部件之一，车用锂离子动力电池的性能直接影响着整车的续航里程、安全性能以及使用寿命。

深入研究车用锂离子动力电池的热失控诱发与扩展机理、建模与防控技术，对于提高新能源汽车的安全性和可靠性，推动新能源汽车产业的健康发展具有重要意义。

车用锂离子动力电池具有高能量密度、长寿命、无记忆效应等优点，被广泛应用于各类新能源汽车中。

随着电池能量密度的提高和使用环境的复杂化，电池热失控事件时有发生，给人们的生命财产安全带来了严重威胁。

锂离子迁移动力学锂离子电池是目前最常用的可充电电池，广泛应用于电动汽车和移动设备中。

其内部的锂离子迁移动力学是实现高能量密度和高性能的关键因素。

本文将对锂离子迁移动力学进行探究，并解释其在电池性能中的作用。

一、锂离子迁移动力学的定义锂离子迁移动力学指的是锂离子在电解液和电极中的扩散和迁移过程。

锂离子迁移速度的大小决定了电池充放电速率的快慢，以及其容量和循环寿命的高低。

二、锂离子迁移动力学的原理锂离子在电池的正负极之间扩散和迁移的过程中，需要克服一定的阻力，这种阻力来源于电解液和电极材料的电化学和物理特性。

锂离子在电解液和电极中的扩散和迁移速度取决于以下几个因素：1. 电解液的类型和浓度：电解液的浓度越高，锂离子间的相互作用力越大，导致锂离子的移动速度变慢。

2. 温度：温度越高，电解液中的分子运动速度越快，导致锂离子的扩散速度也加快。

3. 电池的设计：电池中的电极材料和电解液的选择和设计会直接影响锂离子的扩散和迁移速度。

三、锂离子迁移动力学在电池性能中的作用锂离子迁移动力学是电池性能的关键因素之一。

电池内部的化学和物理过程直接决定了电池的性能和循环寿命。

良好的锂离子迁移动力学可以使电池有以下优点：1. 高能量密度：锂离子电池的能量密度受其内部化学反应的影响。

良好的锂离子迁移动力学有利于提高电池的能量密度。

2. 高电池效率：锂离子电池的内部反应会消耗部分电能，因此电池的效率很大程度上取决于锂离子的迁移速度。

3. 长循环寿命：不良的锂离子迁移动力学可能会导致电池容量的降低和循环寿命的减少。

良好的锂离子迁移动力学则有利于电池的长期稳定运行和使用寿命。

总之，锂离子迁移动力学对锂离子电池性能的影响显著，电池制造商需要注重电解液和电极的设计，以及材料的选择和处理，从而优化锂离子迁移动力学，以获得更好的性能和长期使用寿命。

锂离子电池的电化学动力学与储能性能随着现代科技的飞速发展，电池作为一种重要的能源储存和供应方式，已在各个领域得到广泛应用。

其中，锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命和较低自放电率等特点，成为了最受瞩目的电池类型之一。

本文将深入探讨锂离子电池的电化学动力学与储能性能，从宏观和微观两个层面进行分析。

一、锂离子电池的基本结构与工作原理锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜等组成。

正极一般采用氧化物材料，如钴酸锂、锰酸锂等；负极主要采用石墨，能提供锂离子的嵌入和脱嵌位置。

电解液则是通过其离子导电性，使锂离子得以在正负极之间迁移，并完成电池的充放电过程。

锂离子电池的工作原理可以通过以下几个步骤来解释。

在充电过程中，正极材料会释放出锂离子，并通过电解液中的电解质导向负极材料，进行锂离子的嵌入。

而在放电过程中，锂离子从负极材料中脱嵌并迁移到正极材料上，形成锂离子的嵌入和脱嵌过程。

这一过程通过外部电路和内部电解液的帮助来完成，从而实现电能的转化和储存。

二、电化学动力学对锂离子电池性能的影响电化学动力学是研究电化学反应速率及其规律的学科，对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。

主要涉及的关键参数有电解质电导率、电极材料与电解质间的界面电荷转移速率以及电极反应的动力学特性等。

首先，电解质的离子导电率直接决定了锂离子在正负极之间的迁移速率。

高离子导电率能够加快锂离子的迁移速度，从而提高电池的放电性能。

因此，研发高离子导电率的电解质材料是提高锂离子电池性能的关键之一。

其次，电极与电解质之间的界面电荷转移速率也会影响电池的性能。

电极与电解质之间存在一层称为“固液界面”的电荷转移层，其能够影响到锂离子的嵌入和脱嵌速率。

因此，优化电极材料与电解质间的界面结构和性质，可以提高电池的充放电速率和循环寿命。

最后，电极反应的动力学特性对电池的性能也具有重要影响。

电极反应一般分为两步，即锂离子的嵌入和脱嵌过程。

这两步反应速率的差异会导致电池容量衰减、内阻增加等性能下降现象。