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EnSM：快速充電對(duì)鋰離子電池正極長(zhǎng)循環(huán)的影響

實(shí)現(xiàn)極快充電（XFC，≤10-15分鐘充電）需要全面了解其影響。雖然鋰沉積是負(fù)極的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸，但對(duì)正極的全部限制還不是很清楚，特別是在具有明確電池設(shè)計(jì)和條件的延長(zhǎng)循環(huán)設(shè)置中。

美國(guó)愛達(dá)荷州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Tanvir R. Tanim等人結(jié)合電化學(xué)分析、降解建模和測(cè)試后表征，介紹了XFC在多個(gè)長(zhǎng)度尺度上對(duì)正極的循環(huán)壽命影響。

綜合測(cè)試矩陣包括41個(gè)定義明確的石墨/NMC軟包電池，采用不同的快速充電倍率(1–9C)和高達(dá)1000次的循環(huán)。延長(zhǎng)的循環(huán)結(jié)果表明，在4.1 V上限截止電壓下以 1C到 9C 之間進(jìn)行循環(huán)時(shí)，正極降解隨循環(huán)而明顯非線性地演化。正極問題在大約225次循環(huán)內(nèi)保持最小，此后開始惡化。

研究發(fā)現(xiàn)，損害正極顆粒機(jī)械完整性的初級(jí)顆粒間分離（或開裂）是正極老化的主要機(jī)制。在以后的循環(huán)中加重的正極開裂歸因于機(jī)械疲勞機(jī)制，這通過電化學(xué)數(shù)據(jù)、建模和橫截面SEM圖片進(jìn)行了驗(yàn)證。

此外，發(fā)現(xiàn)疲勞機(jī)制對(duì)恒流模式下的充電深度比充電速率更敏感，因此，在較高倍率下觀察到的裂紋比在較低倍率下減少。

圖1 潛在的老化模式

圖2 NMC532正極循環(huán)后的SEM圖像

Extended Cycle Life Implications of Fast Charging for Lithium-Ion Battery Cathode. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.001

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