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快充“杀死”电池?1%析锂=7%容量衰减!新能源车主必看

2025-06-19 14:13
锂电解码
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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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