首先我們必須清楚，在鋰離子電池的內部，除了正常的鋰離子嵌入和脫嵌正負極的反應，還會存在很多副反應，例如SEI膜的生成和生長，電解液分解，粘結劑分解，正負極活性物質破裂等等因素，都會造成鋰離子電池的容量下降。雖然造成鋰離子電池衰降的因素很多，但是歸結起來可以分為三個大類：1）鋰損失，由于鋰離子電池是一個封閉系統(tǒng)，內部的物質是恒定的，SEI膜的生成、破壞，負極析鋰等都會消耗僅有的Li資源;2）正極活性物質損失，在鋰離子電池使用的過程中往往會發(fā)生正極材料顆粒破碎，粘結劑分解和正極材料晶體結構改變等因素，這些都會導致一部分正極活性物質失去嵌鋰等能力;3）負極活性物質損失，例如負極活性物質脫落，粘結劑分解等因素，都會導致部分負極活性物質顆粒失去與導電網(wǎng)絡的導電連接，從而使其無法嵌鋰，造成鋰離子電池容量損失。近日，英國牛津大學的Christoph R. Birkl提出了利用電池的開路電壓對鋰離子電池進行檢測的方法。鋰離子電池的開路電壓是正極和負極之間的電勢差，反應了鋰離子電池的熱力學特性，因此能夠為我們提供豐富的關于正負極的信息。Christoph R. Birkl利用扣式電池對造成鋰離子電池衰降的三種模式對電池開路電壓的影響進行了試驗驗證，發(fā)現(xiàn)通過對電池的開路電壓曲線的檢測，就可以辨別出造成電池衰降的模式?？梢哉fChristoph R. Birkl的工作，為鋰離子電池系統(tǒng)的管理作出了突破性的貢獻。

 

Christoph R. Birkl利用從某商業(yè)方形電池拆下的電極制作成了扣式電池，并模擬了三種鋰離子電池衰降模式：1）鋰損失;2）負極活性物質損失;3）正極活性物質損失。為了保證試驗的準確性，所有實驗電池都需要首先在恒溫箱里穩(wěn)定3h，以達到熱平衡。在試驗中測得了兩種電壓，一種是在充放電過程中測得的電壓，這也倍稱作假電壓，假電壓可以用來輔助判斷鋰離子電池的衰降模式。而真正能夠對判斷鋰離子電池衰降模式的是鋰離子電池的開路電壓。

 

 

首先Christoph R. Birkl根據(jù)扣式電池極片的面積計算得到了扣式電池的理論容量，然后通過對正極極片進行充電脫鋰模擬了不同程度的鋰鋰離子損失，通過對負極極片進行裁切模擬了負極活性物質損失，對正極極片裁切模擬了正極活性物質損失。為了對試驗結果進行分析，Christoph R. Birkl利用柱狀圖建立了一個物理模型，如上圖所示，其中左側為負極的SoC狀態(tài)，右側為正極的SoC狀態(tài)，上圖模型為正常電池的模型，從圖上可以看到在正常電池設計中，一般會負極的容量設計的稍微高一些，這一般稱作正負極冗余，適當?shù)娜哂嗫梢员ＷC鋰離子電池循環(huán)性能，也能在鋰離子電池發(fā)生過充的情況下能夠容納足夠的鋰，確保鋰不析出，保證電池的安全性。