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快速充電被認為是鋰離子電池最需要的功能之一，可加速電動汽車的主流應(yīng)用。然而，目前的電池充電策略主要由保守的倍率步驟組成，以避免潛在危險的鋰電鍍及其相關(guān)的寄生反應(yīng)。因此，亟需一種高度靈敏的車載檢測方法可在不達到鋰沉積狀態(tài)的情況下實現(xiàn)電池快速充電。

在此，美國斯坦福大學(xué)崔屹教授、李煜章等人展示了一種新穎的技術(shù)，即壓差傳感（DPS）方法來精確檢測鋰沉積。通過測量每單位電荷的電池壓力（dP/dQ）的實時變化，并將其與鋰離子嵌入負極過程中dP/dQ的最大值定義的閾值進行比較，可高精度捕捉劇烈充電條件下鋰鍍層過度生長前的情況。

具體而言，鋰金屬優(yōu)先沉積在負極的頂面上，而不是利用石墨晶格內(nèi)的晶面間距。因此，對于相同數(shù)量的Li⁺，Li沉積會導(dǎo)致比插層表現(xiàn)出更顯著的厚度/壓力增加。由于厚度的變化導(dǎo)致壓力的變化，因此Li沉積導(dǎo)致dP/dQ變化比插層高得多。作者基于插層過程中dP/dQ的最大值建立了一個閾值來識別Li沉積：dP/dQ在插層過程中將保持在閾值以下，但在發(fā)生Li沉積時會超過閾值。

圖1. DPS顯示快速充電過程中的Li沉積

與實驗室研究中用于檢測Li沉積的傳統(tǒng)大型專用設(shè)備不同，這里展示的壓力傳感器在與電池管理系統(tǒng)（BMS）集成以用于車載應(yīng)用方面顯示出良好的潛力。由于電池包結(jié)構(gòu)可分為不同模塊，因此可將傳感器均勻定位在不同的地方，并通過BMS進行平衡。與單體電芯相比，電池模組在快充過程中對壓力變化的響應(yīng)更加明顯，在實際應(yīng)用中可進一步提高DPS的靈敏度。

此外，概念驗證表明，通過將該壓差傳感集成到BMS中可實現(xiàn)動態(tài)自調(diào)節(jié)充電策略，從而有效地消除低溫（0 ℃）引發(fā)的Li沉積，而傳統(tǒng)的靜態(tài)充電策略在相同條件下會導(dǎo)致災(zāi)難性的Li沉積?？傊髡呓ㄗhDPS方法可作為一種早期無損診斷方法來指導(dǎo)電池快速充電技術(shù)的發(fā)展。

圖2. 使用dP/dQ檢測Li沉積實現(xiàn)自調(diào)節(jié)充電

Onboard early detection and mitigation of lithium plating in fast-charging batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33486-4

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崔屹/李煜章Nature子刊：實用的車載電池快充下鋰沉積的早期檢測策略

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