據外媒報道，一項最新研究針對迴圈次數超過7000次的車用鋰電池，探討支援電芯的外部壓力對老化現象的有利影響。研究人員在迴圈過程後，利用事後分析方法檢測老化電芯。
鋰離子電池的重要性和侷限性
鋰離子電池廣泛應用於行動式裝置、電動汽車和長期儲能，具有優異的功率集中度和長時間的迴圈穩定性。然而，這類電池也存在一定的侷限性，如成本較高、再利用受限、材料短缺，尤其是鈷和鋰，以及安全問題。從經濟和環境方面考慮，電池電芯的壽命較長，對於社會可接受性，以及減少生態影響和費用，具有重要意義。
方型電芯型別的優點和侷限性
軟包電芯、圓形或圓柱形電芯，以及方形電芯，是三種最常見的電芯型別。方形電芯的優點是封裝緊湊、模組設計簡單、模組功率密度高。然而，受多種因素影響，如電芯內壓力降低或機械穩定性，這種電芯確實比圓管老化得更快。
在迴圈過程中，由於正、負極的暫時和永久性膨脹和收縮，低減壓（low decompression）可能導致電化學堆內部元素之間結合不充分。目前的研究分兩步進行。第一部分提供了老化實驗的電生理結果，在這些實驗中，電池在不同的支撐條件下執行7000次以上。第二部分利用各種事後分析技術，對電芯退化現象進行了研究。
最新研究結果
在研究過程中，最初所有電芯表現出類似的老化程度，在前700次迴圈中容量損耗明顯。從大約3000次迴圈開始，無支撐電芯的容量損耗，超過了有支撐電芯。而在達到80%的電池系統健康狀態（SOH）臨界值時，無支撐的電芯為3800次迴圈，有支撐的電芯為4700次迴圈。
在無支撐電池經過7420次迴圈和有支撐電池經過7170次迴圈後，將電芯迴圈中斷五週，以觀察電芯的鬆弛行為（relaxation behavior）。結果，無支撐的電芯沒有表現出恢復潛力。將暫停前的最後5次迴圈與暫停後的最初5次迴圈進行對比，有支撐電芯恢復了12%的放電率。
事後分析檢測
對這三種電芯進行事後分析檢測。第一種電芯（電芯1）是未經過迴圈的基準電芯，第二種電芯是有支撐電芯（電芯2），第3種電芯是無支撐電芯（電芯3）。
電芯1（參考電芯）未表現出明顯退化，例如沉積、剝離或裂縫。電極表面看起來很均勻。電芯2（有支撐老化電芯）僅出現輕微的退化。除了靠近實際採集的幾個位置外，電極似乎具有均勻性。電芯3的電極和隔板（老電芯、無支撐）表現出明顯的退化。電芯1的負極表面形態表現為，石墨表面有一層均勻的Al2O3顆粒塗層。
然而，電芯2（有支撐）出現額外沉積點，可能代表電解質分解產物。電芯3（無支撐）的負極表面有許多塗層，可歸因於所覆蓋的鋰。只有在電芯3這種無支撐的老電芯中，才能觀察到覆蓋層退化。在這些地方與石墨顆粒發生直接相互作用，導致鋰電鍍。
機械SOH設計更關注材料和電池元件的機械效能，及其對容量損失的影響。老化電芯負極的機械SOH略低於參考電芯，裂縫略有增長。總的來說，可以利用機械SOH來檢測電極材料的退化狀態。
綜上所述，本項研究評估了支撐物對方形鋰離子電池老化現象的影響。在整個老化測試中，有外部支撐的方形電芯表現出更好的迴圈效能，比無支撐電芯達到80%的SOH臨界值要晚900個迴圈。這一發現強調了鋰離子電池外部支撐的必要性，特別是均勻的壓力分佈。
來源：上海錦町新材料科技整理自網路
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