锂离子电池石墨负极失效及其先进表征方法

在便携式设备和电动汽车发展日益受到关注的背景下,锂离子电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电小等优点成为了大规模应用的商业电池。然而,锂离子电池在使用的过程中存在析锂、短路、热故障以及产气等多种失效形式,造成了锂离子电池容量衰减、电池膨胀、热失控等。因此,揭示电池失效原因对高安全长寿命锂离子电池进一步发展有着巨大的推进作用。本文针对锂离子电池中应用较为普遍的石墨负极,阐述了石墨负极在析锂、高低温、过充等条件下的失效机制,并重点介绍了对于不同失效机制下的先进表征方法,其通过石墨的结构、脱嵌锂时的相变、石墨表面的形貌、负极所释放的热量和反应所产生的气体等多种途径进行分析,总结出四种失效原因主要影响了石墨层间距、石墨脱嵌锂时的相变、活性锂的损耗,另外还会有界面膜生成以及一系列副反应等失效机制。最后,本文归纳了针对各种失效原因的表征方法并进行了分类,同时展望了对于电池失效分析的规范化和标准化,对未来的电池失效分析研究有一定的推动作用。