总结锂电池析锂原因及表现

一、 为什么会析锂？

简单来说，当负极无法及时接收嵌入从正极过来的锂离子时，这些锂离子就会在负极表面“堆积”并还原成金属锂。析出的锂逐渐堆积就会演变成锂枝晶，锂枝晶分为晶须状，苔藓状，树状和球形四种形状。：

1.操作条件（外部因素）：

低温充电： 这是最常见的原因之一。低温下：

• 锂离子在电解液和电极材料中的扩散速度变慢。
  

• 石墨负极的嵌锂电位升高（变得更正），更容易接近或低于锂沉积电位（0V vs. Li/Li⁺）。
  

• 锂离子嵌入石墨需要克服更高的能垒，变得困难。
  

• 结果： 锂离子来不及嵌入石墨层间，被迫在表面还原沉积。

  

大电流（快充）充电：

• 锂离子从正极脱嵌并迁移到负极表面的速度过快。

• 负极石墨接收锂离子并将其嵌入层状结构需要时间（动力学限制）。

• 结果： 在负极表面形成局部“拥堵”，锂离子浓度过高，电位被拉低至锂沉积电位以下。
  

   

  过充：

• 电池被充到超过设计上限电压（如4.2V充到4.5V）。
  

• 正极脱出过多锂离子，负极在已接近满嵌状态（电位已很低）下被迫接收更多锂。
  

• 结果： 负极电位被强制压低到锂沉积电位以下，导致析锂。

  

  
  
  

   

  充电末期维持高电压/电流： 即使未达到绝对过充，在接近满电状态（高SOC）时仍持续大电流充电，同样容易导致负极电位过低而析锂。

   

  

   

2.电池状态（内部因素）：

• 负极材料老化或缺陷：

  石墨颗粒破裂、粉化，有效嵌锂表面积减小。

  石墨结构无序化，嵌锂通道受阻或嵌锂动力学变差。

  

  
  
  

   

• 负极表面SEI膜异常：

  SEI膜过厚或不均匀，阻碍锂离子通过，增加界面阻抗。

  SEI膜反复破裂/修复消耗活性锂和电解液。
  

   

• 电解液不足或分布不均：

  电池老化干涸或制造缺陷导致局部电解液枯竭。

  锂离子传输受限，局部电流密度过高。

  

  
  
  

   

• 正负极容量配比不当：

  设计时负极容量相对正极不足（低N/P比）。

  在充电末期，负极嵌锂空间不足，电位被快速拉低。
  

   

• 电池内部局部短路或微短路：

  导致局部电流密度异常升高，诱发局部析锂。
  

   

• 制造缺陷：

  电极涂布不均匀（厚度差异）、有金属杂质、隔膜孔隙不均等，造成局部电流或离子通量集中。

二、 析锂了会怎样？

析锂不仅直接损失活性物质，还会引发一系列连锁反应，导致电池性能和安全性的显著劣化：

1. 容量衰减加速：

   ①：活性锂损失： 析出的金属锂会与电解液反应，生成新的、更厚的SEI膜，不可逆地消耗活性锂离子。这些锂离子无法再参与充放电循环。

    

   ②：负极活性材料失效： 锂金属沉积可能覆盖在石墨表面或堵塞孔隙，阻碍后续锂离子的嵌入/脱出。

    

   表现：电池容量在循环过程中快速下降，尤其是在低温或快充循环后更明显。

    

2. 内阻增大：

   ①：析出的锂金属及其副反应产物（新的SEI膜）会增加电极/电解液界面的阻抗。

    

   ②：沉积物可能阻碍离子和电子在电极内的传输。

    

   表现： 电池充放电时电压变化更明显（放电平台下降，充电平台上升），发热量增加，输出功率降低）。

    

3. 库仑效率降低：
   

   析锂消耗的锂在放电时无法完全回收（不可逆容量损失），导致充电时充入的电量无法在放电时完全放出。

   表现： 充电容量 > 放电容量，充放电效率（放电容量/充电容量）持续下降。

    

4. 自放电率增大：

   析出的高活性锂金属会持续与电解液发生副反应，消耗电荷。

   表现： 电池静置时电压下降速度加快，电量保持能力变差。

    

5. 产气：

   锂金属与电解液反应会产生气体（如氢气、烷烃类气体等）。

   表现： 电池可能发生鼓包（软包电池最明显），内部压力升高。

    

6. 热失控风险剧增（最危险！）：

   ①：锂枝晶生长： 析出的锂金属往往以枝晶状生长。
   

    

   ②：刺穿隔膜： 尖锐的锂枝晶可能刺穿隔膜，导致正负极直接接触，引发内部短路。

    

   ③：剧烈放热反应： 锂金属与电解液反应是强放热反应。内部短路会产生巨大热量。

    

   表现： 可能导致电池起火、爆炸等严重安全事故。析锂是锂电池热失控的重要诱因之一。

    

7. 独特的电压特征（检测依据）：

   ①：充电末端电压平台异常： 析锂发生时，充电末端电压可能会提前出现一个小的平台或“驼峰”（对应锂沉积反应）。

    

   ②：静置电压异常下降： 满电态电池在静置初期（特别是析锂严重时），由于高活性锂金属持续反应，开路电压会出现一个快速小幅下降（区别于正常的缓慢自放电下降）。

总结：

本文源自微信公众号：一起学电池

原文标题：《总结锂电池析锂原因及表现》

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