三電極高精度解耦分析：破解快充下鋰電池析鋰風(fēng)險(xiǎn)，打造車用電池新安全標(biāo)準(zhǔn)
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發(fā)布時(shí)間：2025-09-26
編輯：清風(fēng)
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隨著電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展進(jìn)入快充時(shí)代，鋰離子電池在高倍率充電下的安全與壽命挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。其中最受關(guān)注的問(wèn)題之一，就是「鋰析出」（Lithium Plating）現(xiàn)象——當(dāng)充電電流過(guò)大或溫度偏低時(shí)，鋰離子無(wú)法有效嵌入負(fù)極，而是在石墨表面形成金屬態(tài)鋰，進(jìn)一步引發(fā)容量退化、SEI層增厚，甚至可能導(dǎo)致內(nèi)短路與熱失控。面對(duì)這類潛藏于微觀反應(yīng)層級(jí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)鋰電池的二電極架構(gòu)所能提供的電壓-容量數(shù)據(jù)無(wú)法獨(dú)立區(qū)分正負(fù)極行為，使得析鋰機(jī)制難以被準(zhǔn)確辨識(shí)。此時(shí)，三電極測(cè)試架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)便顯得格外重要。解耦觀測(cè)電極行為，精準(zhǔn)對(duì)焦析鋰區(qū)域
三電極系統(tǒng)透過(guò)引入一支不通電流的參考電極（Reference Electrode, RE），可穩(wěn)定量測(cè)正極與負(fù)極相對(duì)于 RE 的電位，將原本耦合在一起的正極和負(fù)極的反應(yīng)加以解構(gòu)(如下圖一)。這樣的設(shè)計(jì)便于研究者獨(dú)立觀察正負(fù)極在快速充電過(guò)程中的電位偏移、極化行為、阻抗變化與電化學(xué)不穩(wěn)定性，特別是針對(duì)負(fù)極是否出現(xiàn)異常電位下探至接近 0V vs. Li/Li?、極化增加，進(jìn)而推估是否有鋰金屬析出跡象。
▲圖一、二電極電池與三電極電池系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
快充鋰析出機(jī)制研究：三電極系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)與解析需求
車廠與電芯廠的研究單位在進(jìn)行三電極鋰析出（Lithium Plating）實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要目的是厘清鍍鋰的臨界條件與發(fā)生邊界。實(shí)驗(yàn)常透過(guò)調(diào)變充電倍率、電壓截止點(diǎn)、操作溫度，或仿真實(shí)際工況下的充放電循環(huán)，誘發(fā)電池內(nèi)部老化，并觀察負(fù)極相對(duì)于參考電極的電位變化。美國(guó)電化學(xué)會(huì)(The Electrochemical Society, ECS)期刊中，Wenlong Xie, Shichun Yang等人透過(guò)將鋰電池解耦成三電極電池進(jìn)行不同C-rate下的快速充電[1]，觀察陽(yáng)極電位在鋰析出程度上的差異(下圖二)。
▲圖二、CC-CV充電其中陽(yáng)極上鋰析出過(guò)電動(dòng)勢(shì)的演變示意圖
Chroma 三電極高精度測(cè)試方案：鋰析出研究的理想工具
Chroma 開發(fā)A172013電壓型數(shù)據(jù)記錄器(如下圖三)，可為鋰析出的研究需求提供良好的測(cè)試解決方案。A172013內(nèi)部采用24bit的ADC，搭配內(nèi)建6個(gè)電壓文件位，最高可解析出μV級(jí)別的電壓變化，有效地辯證負(fù)電極的鋰析出發(fā)生邊界，并具備高達(dá)±0.015% of F.S.量測(cè)精度，保障長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試精準(zhǔn)，同時(shí)一臺(tái)單機(jī)集成了16個(gè)獨(dú)立量測(cè)信道，可同步進(jìn)行數(shù)據(jù)擷取不延遲。搭配Chroma 17216M-10-6充放電測(cè)試系統(tǒng)，該機(jī)種內(nèi)建6A/200mA/6mA/200μA 4個(gè)電流量測(cè)檔位，特別適用于實(shí)驗(yàn)室型的鈕扣型、小型軟包、18650圓柱型等三電極電池。透過(guò) Chroma 整合式測(cè)試平臺(tái)，研究人員可精準(zhǔn)辨識(shí)析鋰風(fēng)險(xiǎn)與衰退機(jī)制，進(jìn)而優(yōu)化的電池配方與設(shè)計(jì)。
▲圖三、17216M-10-6搭配A172013系統(tǒng)集成照
進(jìn)一步了解 Chroma 17216M-10-6充放電測(cè)試機(jī)種，搭配A172013電壓型數(shù)據(jù)記錄器的三電極解耦測(cè)試系統(tǒng)功能，請(qǐng)到Chroma官網(wǎng)并留下您的需求，我們將竭誠(chéng)為您提供技術(shù)支持。[1]Source: Wenlong Xie, Shichun Yang, Journal of The Electrochemical Society, (170), 2023
