叠片电池(又称层压式锂离子电池)析锂现象主要发生在充电过程中,特别是在高倍率充电、低温充电或预充不足的情况下。析锂的原因可以归结为以下几点: 1. 过充:当电池在充电时超过其理论容量上限时,负极石墨材料无法继续嵌入更多的锂离子,导致锂金属直接沉积在负极表面形成锂枝晶,即“析锂”。 2. 低温充电:低温环境下,电解液的电导率下降,锂离子迁移速率变慢,导致锂离子不能及时嵌入负极,从而在负极表面析出。
3. 充电速度过快:快速充电条件下,锂离子来不及均匀地嵌入到负极内部,容易在表面局部区域形成析锂。
4. 预充不足或初始SOC过高:如果电池在充电前的荷电状态较高,而没有进行充分的预充过程,可能导致负极处剩余空间不足以接纳新生成的锂离子,从而造成析锂。
改善叠片电池析锂问题的措施包括:
1. 优化充电策略:采用更加精确和智能的充电算法,确保电池不过充,尤其是在低温下降低充电电流,避免高温高功率充电。
2. 改进负极材料与设计:选择具有更好嵌锂性能的负极材料,或者通过改变化学成分和物理结构来提高其对锂离子的接受能力。
3. 提升电解液性能:使用低温性能更好的电解液,提高电解液在低温下的电导率,保证低温下锂离子的正常传输。
4. 增加预充阶段:在正式充电之前设置预充阶段,使电池在较低的充电速率下先恢复至合适的SOC水平再进行正常充电,减少因初始SOC过高导致的析锂风险。
5. 工艺优化:从制造工艺上严格控制电池的一致性和品质,尤其是负极涂布的均匀性以及正负极片之间的对齐度,以确保电化学反应的均匀性。
6. 电池管理系统(BMS)强化:配备更为先进的BMS系统,能够实时监测电池的状态并精确控制充电过程,防止过充和不均匀充电情况的发生。