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新能源汽车讯 据外媒报道，一项最新研究针对循环次数超过7000次的车用锂电池，探讨支持电芯的外部压力对老化现象的有利影响。研究人员在循环过程后，利用事后分析方法检测老化电芯。
（图片来源：AZOM）
锂离子电池的重要性和局限性
锂离子电池广泛应用于便携式设备、电动汽车和长期储能，具有优异的功率集中度和长时间的循环稳定性。然而，这类电池也存在一定的局限性，如成本较高、再利用受限、材料短缺，尤其是钴和锂，以及安全问题。从经济和环境方面考虑，电池电芯的寿命较长，对于社会可接受性，以及减少生态影响和费用，具有重要意义。
这项研究中进行实验的主控图（图片来源：AZOM）
方型电芯类型的优点和局限性
软包电芯、圆形或圆柱形电芯，以及方形电芯，是三种最常见的电芯类型。方形电芯的优点是封装紧凑、模块设计简单、模块功率密度高。然而，受多种因素影响，如电芯内压力降低或机械稳定性，这种电芯确实比圆管老化得更快。
在循环过程中，由于正、负极的暂时和永久性膨胀和收缩，低减压（low decompression）可能导致电化学堆内部元素之间结合不充分。目前的研究分两步进行。第一部分提供了老化实验的电生理结果，在这些实验中，电池在不同的支撑条件下运行7000次以上。第二部分利用各种事后分析技术，对电芯退化现象进行了研究。
电芯打开后电极和隔板的图片
最新研究结果
在研究过程中，最初所有电芯表现出类似的老化程度，在前700次循环中容量损耗明显。从大约3000次循环开始，无支撑电芯的容量损耗，超过了有支撑电芯。而在达到80%的电池系统健康状态（SOH）临界值时，无支撑的电芯为3800次循环，有支撑的电芯为4700次循环。
在无支撑电池经过7420次循环和有支撑电池经过7170次循环后，将电芯循环中断五周，以观察电芯的松弛行为（relaxation behavior）。结果，无支撑的电芯没有表现出恢复潜力。将暂停前的最后5次循环与暂停后的最初5次循环进行对比，有支撑电芯恢复了12%的放电率。
不同老化正极的 SEM 横截面
事后分析检测
对这三种电芯进行事后分析检测。第一种电芯（电芯1）是未经过循环的基准电芯，第二种电芯是有支撑电芯（电芯2），第3种电芯是无支撑电芯（电芯3）。
电芯1（参考电芯）未表现出明显退化，例如沉积、剥离或裂缝。电极表面看起来很均匀。电芯2（有支撑老化电芯）仅出现轻微的退化。除了靠近实际采集的几个位置外，电极似乎具有均匀性。电芯3的电极和隔板（老电芯、无支撑）表现出明显的退化。电芯1的负极表面形态表现为，石墨表面有一层均匀的Al2O3颗粒涂层。
然而，电芯2（有支撑）出现额外沉积点，可能代表电解质分解产物。电芯3（无支撑）的负极表面有许多涂层，可归因于所覆盖的锂。只有在电芯3这种无支撑的老电芯中，才能观察到覆盖层退化。在这些地方与石墨颗粒发生直接相互作用，导致锂电镀。
参考和老化电芯中锂和(a) 和过渡金属含量(b)
机械SOH设计更关注材料和电池组件的机械性能，及其对容量损失的影响。老化电芯负极的机械SOH略低于参考电芯，裂缝略有增长。总的来说，可以利用机械SOH来检测电极材料的退化状态。
综上所述，本项研究评估了支撑物对方形锂离子电池老化现象的影响。在整个老化测试中，有外部支撑的方形电芯表现出更好的循环性能，比无支撑电芯达到80%的SOH临界值要晚900个循环。这一发现强调了锂离子电池外部支撑的必要性，特别是均匀的压力分布。
