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黃佳琦/閆崇AM：通過弛豫時間檢測實現(xiàn)快速充鋰離子電池的原位鍍鋰診斷

由于缺乏可靠的鋰沉積起始指標(biāo)，鋰離子電池在快速充電條件下的鋰沉積行為難以捉摸。在此，北京理工大學(xué)黃佳琦教授、閆崇教授團(tuán)隊利用弛豫時間檢測實現(xiàn)快速充鋰離子電池的原位鍍鋰診斷。

研究發(fā)現(xiàn)，電荷轉(zhuǎn)移過程的弛豫時間常數(shù)(τ_CT)被認(rèn)為有望用于確定鋰沉積的起始時間。一種新穎的脈沖/弛豫測試方法能夠在電池運行過程中快速獲得石墨負(fù)極的τ_CT，適用于半電池和全電池。在不同溫度和充電速率下對鋰沉積的診斷豐富了對鋰沉積行為的認(rèn)知。由于電池電壓的限制，在低溫和快充倍率下可以避免析鋰。

然而，在苛刻的充電條件下，嚴(yán)重的鋰沉積現(xiàn)象開始后會迅速發(fā)展，而在良性充電條件下，鋰沉積過程同時伴隨著析鋰過程。定量估算表明，高溫/快充電條件下的析鋰過程會導(dǎo)致更多的不可逆容量損失。

圖1.檢測方法示意圖

總之，該工作提出了一種基于RT檢測方法的新型析鋰起始指標(biāo)和一種脈沖/弛豫測試程序，作為傳統(tǒng)EIS的替代方法，用于快速獲得電池工作過程中Gr負(fù)極電荷轉(zhuǎn)移過程的RT常數(shù)。通過Mittag-Leffler方程對弛豫數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到的確定系數(shù)大于0.99，并在半電池中證明了RT驟降與鋰沉積開始之間的關(guān)系。利用RT檢測方法提出了不同倍率下的不同析鋰模式。通過修改擬合方程，將同樣的析鋰起始判定原理應(yīng)用到Gr||LFP全電池中，展示了定量識別可逆和不可逆析鋰的前景。

本文研究了不同溫度和倍率下鋰離子沉積圖譜，總結(jié)了鋰離子沉積行為。當(dāng)電池在有利條件下充電時，更容易獲得與鋰沉積起始點相對應(yīng)的電池電壓?；陔姵仉妷旱脑u價指標(biāo)對于建立鋰離子電池的安全充電協(xié)議具有重要意義。

圖2. RT檢測方法在各種充電程序中的應(yīng)用

In-Situ Li Plating Diagnosis for Fast-Charging Li-Ion Batteries Enabled by Relaxation Time Detection, Advanced Materials 2023 DOI:10.1002/adma.202301881

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