如今，以锂离子电池为主导的尖端科技备受关注，其优越性令人瞠目。然而，人们往往忽视了一个重要而又鲜为人知的挑战——石墨电极的析锂现象。这一技术难题如同隐形的敌人，悄然影响着我们的日常生活。
石墨电极析锂：是什么鬼？
电动汽车在给人们带来便利的同时，其内置电池亦需应对锂离子析出的潜在风险，这并非文学创作之虚构。特别是对于石墨负极而言，尽管锂离子在此处有序嵌入，然而在快速充电、低温环境及过度充电等特定条件下，锂离子可能变得异常活跃，从石墨表面析出形成金属锂，进而影响电池性能，严重时甚至导致电池过热或发生爆炸等危险事件。
石墨电极析锂现象作为一项重要的技术术语，涵盖了众多科技学科领域，在诸如智能手机以及电动汽车所使用的锂离子电池中得到了普遍应用。若此问题得不到妥善处理，可能会导致严重后果。
析锂信号的提取：电池的“心跳”监测
为了对锂离子电池因石墨电极造成的析锂问题进行精确治理，首先需要准确把握症状发生的具体时间节点。实现这个关键步骤的手段是深度解析电池的电压变化规律，以期从中寻找出析锂现象的线索。通过研究电压与电流密度积分(dQ/dV)之间的关系图，可以发现，在锂离子电池的充放电过程中，会产生独特的电压平台，且该平台正好处于电流密度积分曲线的尖峰位置。这个平台如同电池的“心电图”，清楚地展示了析锂现象的存在。
通过深入探讨石墨嵌入-脱嵌锂离子对电极电位及放电电流特性曲线的影响，可对锂离子析出风险提供有效预测。在充电至90%-100%(SOC为10%)或110%-120%(SOC为12%)的循环过程中，脱锂电位与放电电流特性曲线间的关系将发生显著改变，此即为锂离子析出的关键预警信号。
原位产热曲线：析锂的“热量”证据
借助先进的现场能效热分析检测技术，对锂离子剥离动作进行深入解析，并经扣式电池热量计揭示不同放电状态(SOC)环境下的产热轨迹变化。理论上，未发生锂金属剥离时，电池具备三个能量产热高峰，分别对应电荷界面脱锂过程。但当锂离子启动剥离后，电荷界面脱离效应将产生新的产热高峰——锂离子脱离过程。
该高峰额外热量揭示了锂离子析出规律，且峰强度与Li原子析出呈正比关系。至关重要的是，这一峰值直接影响着首次锂离子嵌入期间的信号传递，因此被视为监控锂离子析出的关键参数。借由这一独特热力学特性，我们能进一步洞悉锂离子析出全程。
循环过程中的锂沉积/剥离：效率的“隐形杀手”
锂离子电池的循环过程中，锂元表面的沉淀与剥离的可逆程度直接决定了电池效能。差分电压法能够精准测量锂元剥离数量和其可逆性比例，从而全面评估库伦效率并分析锂元沉积和剥离各阶段的效率情况。然而，自大约20次析锂循环后，锂元的可逆剥离率显著下降，导致整体库伦效率明显降低。
在此高水平运用状态下，内耗令电芯承受无声的磨损，由此引发难以修复的容量损失，对电池的循环性乃至稳定性产生重大威胁。为了提升电池效能并确保其安全运行，有必要精准掌握锂离子在电子充放电过程中的可逆沉积/分离现象。
析锂机理的明确：揭开“神秘面纱”
经过深入剖析与精准测量，我们了解到了锂盐电解过程中锂离子的详细活性表现。该过程被细化为锂离子嵌入、析出及剥离三大阶段，每个阶段都具有独特的电压效应和热力学特性，使我们能够更精确地把握锂离子在这一复杂过程中的动态变化。
此机制的广泛运用，解开了锂析出现象的谜团，揭示其内在机理。以此为依托深入研究，有望优化并防止锂的析出，提升电池性能与稳定性。
有限元模型的重构：析锂的“虚拟战场”
本研究应用有限元模型深度解析了锂沉积过程的内在规律。利用二维模型的构建，复现并分析了石墨/锂半电池中析锂过程中的电势差、电流以及锂层厚度等重要参数。实验揭示出了在石墨电极与隔膜交界之处电势最低，析锂电流最强，导致锂层堆积显著的现象。
运用完善的有限元建模手段，我们研制出一款精准有效的仿真与分析系统。此系统助于我们深度探索化解锂化物过程中的关键要素，并依据此研究为相关领域提出科学合理的策略建议。
