CAT蓄电池揭示高温过放电条件下磷酸铁锂/石墨电池的位置依赖性降解机制4%%
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卡特蓄电池 发布时间：2026-03-27 10:34:51 点击： 次
引言
自锂离子电池（LIBs）实现商业化以来，其已成为人类社会中最重要的能源载体之一[1,2]。日益增长的能源需求与可持续发展的迫切要求，使得锂离子电池成为储能系统的基础技术。LiFePO4磷酸铁锂/石墨（LFP/Gr）电池因其优异的循环性能、高安全性和低成本成为关键供电设备[[3], [4], [5]]。尽管LFP/Gr电池具有超越其他电池的诸多优势，但在老化过程中仍不可避免地出现电化学性能衰减，这主要源于锂损耗和活性材料结构破坏[[6], [7], [8], [9], [10]]。与消费电子产品相比，电动汽车及其搭载的锂离子电池通常面临更严苛的工作环境，却要求长达10-15年的使用寿命[11,12]。在长期服役过程中，电池性能衰退表现为容量衰减与功率下降，这一过程可能由复杂因素触发[13]。因此，阐明不同工况下的电池衰退路径至关重要。通常而言，电池由电极材料、隔膜、电解液等多种内部组件构成，这意味着电池性能衰退是这些内部组件多重失效累积的结果[14,15]。锂离子电池老化存在三个公认主要原因：锂损耗(LLI)、电极活性物质损失(LAM)以及导电性下降(LoC)[[15], [16], [17]]。全年龄范围内，锂离子电池老化在某些条件下会加速，例如高温环境、极端充放电速率、不适当的截止电压或放电深度[[18], [19], [20], [21]]。其中温度因素尤为关键，过高或过低的温度都会导致电池性能更快恶化[22]。此外，循环过程中电池的充放电速率同样是影响老化的重要因素，因此提高充放电速率是加速老化的有效手段[23]。相比之下，相对较低的充放电速率能减轻电极所受机械应力，维持其结构稳定性并保持电池性能[24]。
根据大多数研究，在探究电池老化机制及影响因素时，通常将其视为一个整体。Peng等人系统揭示了锂离子电池(LIBs)在高温老化条件下的失效机制[1]。Tang团队则深入研究了过放电老化过程中固体电解质界面相(SEI)的演变机理[21]。锂离子电池在极端工况下的稳定性与安全性问题，仍是现代储能领域面临的关键挑战。当前关于降解机制的研究主要集中于高倍率充放电效应、过放电失效以及反应不均匀性的先进表征技术[[25], [26], [27], [28], [29]]。尽管在量化锂沉积机制和理解过放电引发的负极损伤方面已取得进展，仍需进一步研究以建立不同运行应力下微观界面反应与宏观不均匀性之间的关联。然而，由于电池中心区域与外围区域在温度、电流倍率和结构配置方面存在固有差异，不同区域的电池老化程度可能呈现显著差异[30,31]。这表明在实际应用中，将电池视为整体进行研究可能存在局限性。遗憾的是，目前关于锂离子电池非均质老化的研究尚不充分。已有研究证实，电池衰减程度与截止电压和温度具有高度相关性[17]。因此，这两个因素可能对位置依赖性衰减现象产生潜在影响。
本研究选用容量为0.114 Ah的LFP/Gr软包电池，对其进行过放电加速老化测试。测试温度设定为45°C，放电倍率为1C，下限截止电压分别设置为1V和2.5V。研究表明，与2.5V截止电压的正常工况相比，过放电条件下电池会出现更严重的性能衰退。就区域差异而言，电池中心区域的老化程度较外缘区域更为显著。这些研究结果表明，在评估严苛工况下电池老化行为时，需考虑电池内部环境可能存在的非均一老化现象。该发现为锂离子电池的实际应用及未来合理化设计提供了理论依据。
