【研究背景】
析锂會導緻锂離子電池容量和循環壽命嚴重損失，也會引起電池發生内短路和熱失控。開發一種原位實時的析锂檢測方法對于保證電池的安全性和可靠性至關重要。此外，析锂預警方法可以為開發電池延壽政策和優化充電政策帶來新的機遇。負極電位無疑是與析锂最相關的特征，然而需要在電池中引入參比電極，這會影響電池的内部穩定性和循環壽命。理想的析锂檢測方法應該是原位的、無損的，不會改變現有的電池結構和增加成本。此外，該方法還應實作析锂預警，以提前在快充速率和電池壽命中做出權衡。
【工作介紹】
近日，哈爾濱工業大學王家鈞課題組等人開發一種基于負極電位重構和電壓預測的析锂檢測和預警方法。負極電位重構模型建構了電池電壓和負極電位之間的高精度映射，可以在不引入參考電極的情況下重構負極電位。此外，還通過組合使用電壓預測模型來預測未來2分鐘的負極電位。基于未來2分鐘的負極電位，可以首次實作析锂預警。在這項研究中僅以電池電壓作為輸入來進行析锂檢測與預警，在今後的工作中可以在析锂發生之前實時比對最合适的充電政策，以實作最快的充電速率，同時最大限度地延長電池壽命。該文章發表在國際頂級期刊Energy Storage Materials上。王晗為本文第一作者。
【内容表述】
首先，通過負極電位重構模型建構了電池電壓和負極電位之間的高精度映射，在不引入參比電極的情況下實作了負極電位重構。在以0 mV和50 mV的負極電位為析锂檢測标準的情況下，可以準确地檢測出析锂，檢出率分别為84%和99.9%。然後，基于目前2分鐘的電池電壓序列，提出了電壓預測模型來預測未來2分鐘的電池電壓。此外，可以通過組合使用先前建立的負極電位重構模型來預測未來2分鐘的負極電位。基于未來2分鐘的負極電位，在以0 mV和50 mV的負極電位作為析锂預警标準的情況下，可以首次實作析锂預警，預警率分别為74.7%和98.7%。通過分析析锂檢測和預警結果，可以制定最佳的線上快速充電政策和延壽政策。例如，如果在未來2分鐘内沒有發生析锂，則可以增加充電速率以減少充電時間。否則，可以提高環境溫度并降低充電速率，以避免析锂并延長電池壽命。
圖1 析锂檢測與預警方法示意圖
圖2 電池循環資料
圖3 析锂檢測結果
圖4 析锂預警結果
圖5 表征驗證
【結論】
原位、實時、無損、無傳感器、準确的析锂檢測和預警方法可以確定電池的安全，并為開發電池延壽政策和優化充電政策帶來新的機遇。研究人員開發了負極電池重構模型和電池電壓預測模型的組合，以在不同的工作條件和溫度下準确檢測和預警析锂。負極電位重構模型用于在不引入參比電極的情況下基于電池電壓、電流和溫度重構負極電位。通過負極電位重構模型和電池電壓預測模型的組合，所提出的方法可以在以50mV負極電位為析锂标準時準确地實作預警析锂，準确率率達到98.7%。所提出的方法可以很容易地應用于BMS，為開發更安全、循環壽命更長、充電速度更快的自适應智能電池提供了新的可能。
Han Wang, Yajie Song, Xue Sun, Shengkai Mo, Cong Chen, Jiajun Wang*, Onboard In-situ Warning and Detection of Li Plating for Fast-charging Batteries with Deep Learning, Energy Storage Materials, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103585
來源：能源學人
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