【摘要】 在高倍率充电过程中，电池容量更容易受到镀锂的影响

快速充电技术为具有长寿命要求的电源充电时间问题提供了解决方案。但是，它会缩短充电周期，同时也会加速动力电池的容量退化，降低动力电池的使用寿命。超声检测技术由于其无损检测的特性，在锂离子电池内部结构检测和反应过程表征中得到了广泛的应用。

 

在Bo Sun等人的工作中提出了一种通过计算超声衰减系数α来监测快充电池容量衰减的方法。理论方面在材料和方法一节中描述了消声系数与放电容量之间关系的推导。实验部分描述了实验方面的内容，包括各种测试条件和声信号检测的设计。

图1 锂沉积对声音传播路径影响的原理图

 

图1显示了快速充电条件下电池结构变化对透射波的影响，这与声阻抗失配有关。当电池高速循环时，由于锂离子浓度梯度的差异，在活性材料中产生机械应力场，导致电极膨胀或其他类型的变形。这改变了波的传播路径(图1b)。

 

随着时间的推移，镀锂对声波的初始影响更多的是声波传播时间的偏移(图1c)。后来的锂枝晶形成的影响是除了一个更明显的能量损失，它可能分散。一旦电极层之间产生气体，由于巨大的气固阻抗失配比，声信号可能会丢失(图1d)。

 

图2 不同方案下电池声响应的变化

 

通过对比图2a和图2b，衰减系数显示出不同速率的变化，表明lib的局部老化程度不同。此外，观测到容量退化的衰减系数呈上升趋势，表明所提出的方法确实是准确的。

 

在充电过程中，负极的极化过电位更容易接近锂沉积的电压，因此增加放电倍率往往会导致活性电极材料的严重损失。当电池在高充电电流条件下充电时，更容易发生锂沉积。在较高的充电速率下，锂离子从正极快速地脱嵌，但不能等量地嵌入石墨负极。

 

同时，锂的反应性很强，会与电解质发生反应，产生大量的LLI。因此，LLI的价值急剧增加。这就解释了在1c下测试的电池在短时间内可以达到较高的衰减系数值。此外，从曲线变化趋势来看，较大的c率会带来更大的粘弹性衰减和更小的散射衰减

 

实验结果表明，在高倍率充电过程中，电池容量更容易受到镀锂的影响。参数α可以用来说明声音通过电极传播时的能量耗散特性。此外，基于声学信号的差异，对电池电极材料的非均匀老化进行了观察和量化，为电池健康管理和非均匀老化评估提供了新的见解。

 

[1] Bo Sun et al 2024 J. Electrochem. Soc. 171 030517.

 

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