快充“杀死”电池?1%析锂=7%容量衰减!新能源车主必看
研究表明:快充导致的析锂每增加1%,直接削减7%容量,更引发枝晶短路风险!新能源车主必看的电池真相:新能源车快充确实会导致电池容量损失,并对电池产生多方面影响。
一、快充导致容量损失的核心原理
1.负极析锂(金属锂沉积):
原因:快充时高电流密度使锂离子在负极表面浓度饱和,超过石墨的嵌锂速度,导致锂离子在负极表面还原为金属锂(析锂)。
后果:
活性锂损失(LLI):析出的金属锂部分形成“死锂”(与负极失去接触),不再参与充放电反应,直接减少可用锂离子库存,造成容量衰减。
SEI膜不稳定:析锂区域与电解液发生副反应,生成不稳定的固态电解质界面(SEI)膜,持续消耗活性锂和电解液。
量化影响:析锂每增加1%,容量衰减约7%。
析锂量评价指标和容量衰减率散点图[1]
2.材料结构劣化:
正极损伤:高倍率充电引发层状结构崩塌(如NCM523颗粒粉碎)、过渡金属溶解,导致正极活性材料损失(LAM)。
负极损伤:石墨颗粒粉化、孔隙分布破坏,降低嵌锂能力。
隔膜老化:大电流导致局部热积累,加速隔膜热老化和透气性下降。
二、其他负面影响
1.循环寿命缩短:
快充的循环寿命显著低于慢充。例如,1C以上倍率充电时,循环寿命可能降至慢充的50%以下。
原因:除析锂外,SEI膜反复修复增厚导致内阻上升,正极微裂纹增加。
2.温度与安全风险:
温升:焦耳热与电化学反应热叠加,局部温度骤升。
热失控风险:析锂形成的枝晶可能刺穿隔膜引发内短路;高温加速电解液分解产气,增加爆炸风险。
3.功率性能下降:
内阻增长:SEI膜增厚和电极材料破裂导致离子传输阻力增大,高倍率放电能力衰减。
三、关键影响因素
1.温度:
低温:显著降低嵌锂动力学,加剧析锂(-20℃时允许充电电流降至常温的1/10)。
高温:虽缓解析锂,但加速SEI膜增长和电解液分解。
2.充电策略:
高SOC区间:高荷电状态(SOC>80%)快充时,负极嵌锂空间减少,析锂风险剧增。
电流分布不均:电极边缘和中心电流密度差异导致局部析锂。
四、改善措施
1.优化充电策略:
分段阶梯充电(如低SOC用3C,中高SOC降至1.2C),避免高SOC区大电流。
动态温度补偿:根据电芯温度调整电流阈值。
2.材料与工艺改进:
负极:表面改性石墨(碳包覆)、硅碳复合材料提升嵌锂动力学;超薄电极(<100μm)降低锂浓度梯度。
电解液:添加FEC等成膜剂优化SEI膜稳定性。
3.监测技术:
三电极监控:实时检测负极电位,防止接近析锂边界。
结论
快充必然导致容量损失:核心机制是析锂和材料结构劣化消耗活性锂。
综合影响:除容量衰减外,还缩短寿命、增加内阻及安全风险。
可接受边界:在合理策略(如10%-80% SOC快充)和材料优化下,快充可成为“正常使用”,但循环寿命仍低于慢充。
以上内容均为本人日常工作,交流,阅读文献所得,由于本人能力有限,文中阐述观点难免会有疏漏,欢迎业内同仁积极交流,共同进步!
参考资料(锂电解码资料库可下载):
1.缺陷电池的失效机理、建模与故障诊断,潘岳
2.锂离子电池负极析锂问题的分析及对策,张双虎
3.基于电化学-力耦合模型的锂离子电池充电过程中石墨颗粒的应力模拟,梅文昕
原文标题 : 快充“杀死”电池?1%析锂=7%容量衰减!新能源车主必看
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