液體電解質的成分是影響鋰離子電池（LIBs）循環(huán)壽命的關鍵因素，電解液添加劑成分的選擇和量化是一個活躍的研究領域。考慮到添加劑組分及用量的龐大組合空間，貝葉斯優(yōu)化可用于引導搜索最佳解決方案，同時可大大減少實驗工作量。
在此，德國亞琛工業(yè)大學Dirk Uwe Sauer教授、Felix Hildenbrand等人通過使用貝葉斯優(yōu)化算法來指導搜索，研究了用于提高NMC622-石墨電池循環(huán)壽命的氟代碳酸亞乙酯（FEC）和碳酸亞乙烯酯（VC）最佳添加劑組合。其中，作者將不同的測量值用作目標變量，如開路電壓梯度和庫侖效率。
研究表明，使用高斯過程（GP）算法指導搜索有助于加快搜索速度且具有最佳性能，共計進行了四次迭代。其中，在三次迭代中可以確定2個最佳組合，并在第四次迭代中確認其性能。最終，1.85 wt% FEC+1.1 wt% VC 和1.0 wt% FEC+1.0 wt% VC被確定為性能最佳的添加劑組合，可實現(xiàn)1000次以上的循環(huán)并分別保持了992 mAh和1004 mAh的中值容量。
圖1. 按迭代排序的每種電解液的研究參數(shù)
此外，研究表明，VC有助于減少初始容量損失和過電位增加，而FEC則提高了長期穩(wěn)定性。因此，VC的濃度應該受到限制，因為它對長期穩(wěn)定性和放氣行為有負面影響。同時，增加FEC濃度一方面沒有缺點，但另一方面并沒有進一步提高性能，減少其使用量有助于降低成本。未來的工作可以使測試條件多樣化并執(zhí)行特定于應用程序的測試，其結果可以在多目標優(yōu)化中進行處理。
總之，通過這種方式，可以實現(xiàn)添加劑的選擇及量化設計。另外，該研究所提出的方法還可以應用于優(yōu)化其他影響電池循環(huán)壽命的設計參數(shù)。最后，將貝葉斯優(yōu)化的參數(shù)選擇應用于工業(yè)電池生產(chǎn)線將具有重要意義。
圖2. 所有研究的LIB的循環(huán)放電容量
Selection of Electrolyte Additive Quantities for Lithium-Ion Batteries Using Bayesian Optimization, Batteries & Supercaps 2022. DOI: 10.1002/batt.202200038
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