接上第一篇文章：第二篇文章：这一篇主要介绍在单层极片上、电芯单体上的快充验证测试以及整个生命周期内的快充策略。主要介绍单层极片上的快充验证过程，其他两部分单体电芯和寿命周期内的快充测试是相通，甚至相同的。这篇文章能够理解从测试上制定快充策略，明白通过什么样的装置，怎么接线，怎么设置条件，完成测试后在分解成测试工步，在电芯单体甚至PACK包体验证。付费文章只对需要的人有价值，不需要的人就不要花这个钱了。
参比电极的引入在检测锂枝晶现象中存在重要的价值，可以通过组装三电极电池，检测正极和负极电位，两者电位差就是电池电压。理论上来讲，锂枝晶发生有两种判断方式，一个是负极的过电位低于0V，另外一种是负极表面的锂离子活度过大。在这里，我们参考文献，介绍一种充电过程中负极表面锂离子活度强弱的判断方法，以及在快充中抑制锂枝晶的使用。离子活度的概念，指电解液溶液中参与电化学反应的离子的有效浓度，也就是说不是所有的离子都能参与电化学反应，如果我们通过电化学方法测试出来的参数，更应该是离子活度，而不是离子浓度。1、四电极电池...
伴随着新能源技术的迅速发展，特别是从2021年以来，新能源汽车出现的频率越来越高，占比不断攀升，呈现一种欣欣向荣的局面。今天主要依据公开的新能源销量数据来预测下2024年的走势，包括介绍对2024年的销量预测、出海、油电同价和电动智驾情况的认识。如有不认可之处，还请多多包涵。1、新能源车2024年销量在1234w左右统计从2013年至今的数据，显示中国国内的新能源车渗透率逐渐升高，在2023年达到31.6%，销量约是949.5w辆；而另一组中国国内汽车总销量一直约占全球销量的30%左右，是最大的单一市场。这当中包含了2个30%的数据，下面我们再介绍第三...
锂离子电池的快充是支持新能源汽车广泛使用的必要条件。负极石墨是一个主要的限制因素，特别是在高电流下，负极的嵌锂反应和析锂反应是一个竞争过程，有时候锂枝晶会导致严重的容量衰减并影响安全。因此，原则上最佳最快的充电方法，就是在给电池充电的同时避免电池过早失效，保持电池处于析锂的边缘条件，但又不会发生析锂现象的策略。接下来三篇文章，主要介绍锂离子电池的快充相关知识，主要包括理论篇、测试篇和模型篇，分别介绍如何确定一个最佳最快的充电策略，以及从实验测试和模型仿真上如何进行验证的。这一篇是理论篇，结合相关的文献，这...
从今天起，我打算新开通一个合集，叫#新能源汽车。用5W介绍下这个合集，分别指Who(为谁)、What(做什么)、Where(在哪里)、Why(为什么)和When(什么时候)这五个部分。1、Who(为谁)这个合集的目标群体对象，包括新能源车领域的从业人员，特别是销售和售后人员、新能源车用户群体。2、What(做什么)对于这个合集而言，计划主要写三部分内容：1）各家新能源车企的动力电池路线介绍，2）动力电池的通用常规的知识点介绍，比如说SOC/SOH的概念，3）新能源车的使用指南。也欢迎大家将关心的问题能够通过评论留言的方式发给我。3、Where(在哪里)这部分是说内容...
这是一篇文献。三电极电池是评估极片和电池层级的电化学特性中非常有用的工具，特别是在电极电位响应和阻抗贡献方面，本次使用的是以钛酸锂Li4Ti5O12作为参比电极，通过在不同DOD区间上评估阻抗特性，并将三电极扣电数据与对称电池，全电池数据做对比，重点分析了不同DOD上的正负极片对全电池的阻抗贡献程度。1、三电极扣电的制作过程在前人基础上，通过选择Li4Ti5O12为参比电极，在一根0.5mm*1mm的铜线上覆盖Li4Ti5O12的浆料，越小的参比电极越精准，相对于锂金属，Li4Ti5O12能够提高参比电极在EIS测试中的电位稳定性。正负极极片是由粉末材料通过...
实现电池高功率能力的基本原理是使其总电导率（电子和离子电导率）最大化，电阻阻抗最小化。首先，电极的固有导电性不应成为瓶颈。增加炭黑和粘结剂或压延剂的含量，可以在很大程度上降低集流体和电极之间的接触电阻。压延有效地降低了阴极与集流体之间的接触电阻，也提高了体积能量密度，从而提高了电子导电性。然而，高倍率充放电很大程度上取决于离子电导率，它会因为孔隙塌陷而降低。因此，在电子电导率和离子电导率之间找到最佳平衡是有益的。本文主要从参数测试的重要性，理论基础、实验部分和案例分析这四部分做重点介绍。1、曲折度和离子阻...
在全固态电池快充研究中，临界电流密度(CCD)常常是评估固态电解质对锂枝晶生长的抑制能力，然而临界电流密度常常随着工艺参数的变化而变化，因此有人提出使用临界相间过电位用于评估固态电解质对锂枝晶的抑制能力，那这是个什么样的方法？有无效果呢？在此之前，我们需要了解相间电位和临界相间过电位的定义。1、什么是相间电位？在电化学体系中，两相相互接触时，在相界面存在的电位差叫相间电位，通常两相包括金属与金属、金属与溶液及溶液与溶液，引起两相电位差的原因有很多，我们主要研究金属与溶液组成的两相体系，比如剩余电荷形成的离子双电...
在热力学中有一个非常重要的概念就是可逆过程，在锂电池中我们也希望其是可逆电池，然而实际上往往不具备可逆过程的条件和要求，在计算电池产热过程中，常常引入可逆热和不可逆热表示电池的充电或放电过程中的总热，那么该公式是如何推导的呢？1、可逆过程的定义可逆过程是指系统状态发生改变后可以沿原路径返回，使系统和环境均恢复到原状，且不引起任何变化的过程，反之，如果用任何方法都不能使系统和环境完全复原，则称为不可逆过程。可逆过程是一个具有准静态，无耗散的理想过程，以下图为例，其中冰加热转化成水，水放热又变成冰，巧克力固体...
在锂电池的电极上，电极体相和电解液体相接触的地方形成了特殊的界面，在该相界面上发生电荷分布和电位变化现象，并且是电荷发生转移和电化学反应的场合。人们对相界面电荷和电场分布的认识也随着时间和时代发展逐渐完善。1、双电层模型最开始认为相界面是紧密层模型，也叫亥姆霍兹模型，液相中的电荷和金属固相电荷符号相反，紧密排列在相界面处，电场稳定下降；第二阶段是分散层模型(Gouy-Chapman)，液相中电荷分布由于热运动的原因呈现符合玻尔兹曼分布，电场强度随距离固相表面增加逐渐降低；第三阶段是紧密/分散层模型(亥姆赫兹-佩林模型)，电...
我们知道，在极片设计过程中，除了电极材料的电子导电性外，离子导电性是优化电池 电极多孔微观结构的另一个关键因素。在模型模拟仿真中，多孔电极的弯曲度与孔隙度 ( ε) 同样重要，两者都决定了锂离子的有效输运性质。曲折度(τ) 是通过孔隙的实际路径长度 (Lactual) 与两点之间的最小线性距离 (Lmin)之比。基于电化学阻抗谱EIS的传输线模型(Transmission Line Model,TLM)是计算材料曲折度的有效方法。由EIS的测量得到整个电池的阻抗(Zcell)，这是一个复数，在笛卡尔坐标系中，阻抗的实部为电阻，即 R = Re(Z)。由于电解质传输电阻Rion是我们关注...
这是一篇文献。正极与负极的位置对准精度对锂离子电池的电性能至关重要。面积过大的负极增加了电极对准的容差。在本研究中，通过使用电化学和分析方法系统地研究了负极面积过大对充放电循环过程中比容量损失的影响。研究表明，随着面积过大程度的提高，更多的活性锂被动态地困在外部区域(overhang)中，导致可用比容量损失的性能恶化。1、电芯和测试配置制作四种不同overhang的软包电芯，由于电芯尺寸不同，各种电芯的能量密度也不同，研究了不同的负极与正极面积比。正极面积大小为 30 mm ×30 mm，负极面积大小分别为 30 mm ×30 mm - 33 mm ×33 m...
这是一篇文献。主要分析了商用2170圆柱电芯和实验室构建的软包电芯的老化，以深入评估主要老化机制如何随充放电倍率、温度、电芯参数和SOH而变化。此外，根据阿伦尼乌斯图估计了SOH为 80%时的寿命终止(EoL)标准。随着时间的推移，伴随着锂离子电芯的老化，它们的能力逐渐减弱，内部阻抗增加，通常电池的主要老化机制是固体-电解质界面(SEI)的增长和阳极上的锂沉积(以及随之而来的锂库存损失(LLI)，耗尽了能够参与充放电反应的活性锂。除此之外，也有其他机制包括由于颗粒之间失去接触或活性材料的晶体结构变化而导致的活性阳极或阴极材料损失。1、阿...
在之前的文章中我们介绍了电化学体系中和锂电池中常见的参比电极类型，其中在电化学体系中，为了满足电化学反应的发生，必须满足两个条件：电子转移和氧化/还原反应，而发生这些反应的场所就在电极上，所以我们有必要认识更为常见通识的电极类型。对于电极来说，通常必须满足如下条件1、是电子导体。导体是电子可以自由移动的材料，有两种来源，一种是发生电化学反应的电对对应的材料，比如说金属铜，另一种是不发生电化学反应的惰性材料，比如说金属Pt和石墨。2、存在电对。比如Cu2+/Cu,Li+/Li等等，这是参与电化学反应的反应物和生成物。3、存在含...
如果要盘点今年新能源车领域热点，那么“800V”是个绕不开的话题！1.什么是800V系统？依据新能源整车高压电气系统电压范围可以将划分成400V和800V系统，电压区间在230V-450V，取中间值400V，称之为400V系统；而电压区间在550-930V，取中间值800V，称之为800V系统。目前存在两种800V系统，一种是所有高压部件，例如动力电池、电驱、电源、压缩机等等均采用800V，称之为纯800V系统，还有一种是部分高压系统采用800V，称之为半800V系统。2.800V的优势800V具有两大优势:充电快和损耗小。充电快。我们知道充电功率P=UI，如果要提升充电功率的话，要么增大...
在日常电池仿真中，我们常常会使用到两种仿真软件去创建电池模型，COMSOL和MATLAB，然而两种软件在原理和建模及应用方面却存在差别，接下来就从四个方面谈谈COMSOL和MATLAB在锂电池模型上的优缺点。1.建模过程我们知道，COMSOL是一款基于有限元原理求解偏微分方程组，而锂电池中涉及到电化学反应，物质传递和扩散过程往往也是偏微分方程组，COMSOL在这边具有先天优势，在不同的锂离子模型中提供针对性的节点，我们只需要输入对应的数值参数，并可以完成建模和仿真过程，而且容易实现增删修改处理。COMSOL也具备多物理场耦合功能，对于电池的电，热，...
众所周知，电极上发生的脱嵌锂过程往往是决定或影响电芯电性能的控速步骤，而电荷转移过程是电极反应上不可忽略的部分，尤其是快充验证电极材料和筛选电解液方面具有不可替代的价值。1.什么是电荷转移过程？定义上，电荷转移是说正离子与中性原子碰撞时发生的电荷转移过程，在锂电池中，就是Li+得到电子变成Li原子的过程，该过程发生在电极的固相和电解液液相界面上；与之对应的是电子转移过程，描述的是电子从外电路的移动。2.电极上的电荷转移过程在锂电池电极上，电荷转移过程对应两个阶段，第一个是电解液中的溶剂化锂离子去除溶剂分子“翅膀”...
在商业锂离子电池三电极测试过程中，遇到最为常见的就是通过参比电极显示的电位不准确，有时候甚至随着充放电的进行而电极电位无丝毫变化，我们常常也会说“参比电极没有，测不准”，那这是有什么原因导致的呢？首先需要确定的是，参比电极是个局部电位的“传感器”。只是用来测量它周围的电极所包含的信息，对于距离较远的电极是没有任何指示信号的，所以可以认为是哪些影响了电极的局部状态就是影响它电位变化的原因，在这里，可以总结局部的“液相压降”和“空间阻碍效应”是导致参比电极“测不准”原因。1.什么是液相压降？
在之前的文章中，我们已经介绍了参比电极的属性要求，在锂电池的领域中，使用参比电极在定性定量研究中提供极大的便利，就像“一只眼”的作用，例如分解充放电过程中的电流电压数据；分析各个成分对整个电池性能的贡献程度；研究正负极的脱嵌锂反应机制等等。在这里，我们主要介绍软包和圆柱三电极电池制作和相关分析测试两部分内容。第一部分：基于商用电池的三电极体系制作目前常见的软包，方壳和圆柱在动力和储能方面应用非常广泛，不同电池的区别其实不是太大，电池内部无非是卷绕和叠片的区别。以常见的软包电芯和圆柱为例，介绍在电芯内部植入...
我们知道锂离子电池的脱嵌锂反应都是发生在电极与电解液的相界面处，在电极上的电化学反应是在平衡下发生偏移，才能够实现充电或放电的过程，其中涉及到非法拉第和法拉第过程反应，那么怎么理解呢？接下来，我们通过回答三个问题来弄清楚电极上的反应过程。1.什么是法拉第和非法拉第反应？法拉第反应是指在电极界面上的电子转移引起了氧化还原反应，且化学反应的物质的量与通过的电子电流成正比，也就是说遵循法拉第定律，所以称之为法拉第反应，也是电化学反应的一种，响应时间比较慢。非法拉第反应是指在某些条件下，电极界面上的电子未引起氧化还...
在之前的文章中，我们介绍了在材料评估中选择合适的扣电装置重要性，三电极配置解耦在全电池中正负极阻抗和电压极化，对研究电池快充和老化分析具有重要意义。在这里，通过一篇文章来详细介绍三电极扣电的制备过程。三电极体系至关重要的三个方面是挑选合适的参比电极，放置位置和正负极及参比电极的尺寸。参比电极是附有钛酸锂的铜线，放置在正负极中间，扣电为2032型号，钛酸锂有着比金属锂更好的稳定性和电压平台。共分成准备流程，制备参比电极过程，参比电极镀锂过程和三电极扣电制作过程四部分。准备流程1.准备参比电极1.1准备铜线1. 剪一根12...
目前在新能源领域研发中，新型设计的电池层出不穷，性能和安全要求越来越高，为了开发先进的电池技术，基础科研就必须对新的电池组件进行研究。但是我们发现，基于多个不同的单元组件和单元类型/设置，表征某种新的电池材料或电极的特性，无法共性的测试研究使不同单位之间的结果难以对比关联，此外,一个“不适当”，甚至是“错误”的电池组合物成分或测量条件的选择可能导致对相关材料的结果产生误解。基于此，我们在该篇中阐述在不同类型的扣电在电化学研究中的作用，列举出半电池“half cell”，全电池“full cell”和对称电池“symmetrical cell...
在电化学体系分析中，我们常常需要借助参比电极来分析工作电极的信息或者解耦正负极的电极状态，不过选择合适的参比电极对分析才具有稳定定量的价值。从定义上来讲，参比电极(Reference Electrode，RE）是指一个电势已知、接近于理想非极化的电极。通过监测其他电极与参比电极之间的电压，来分析在不同条件下的电极电位，需要注意的是，工作电极上只有非常微弱的电流通过，相当于电压表的一端接在其上面，另一端接在了工作电极上。关于理想非极化电极的内容介绍，可以参看这篇文章。对于参比电极来说，通常需要有满足几个基本要求1、电极电位稳定电...
锂离子电池在新能源车以及商业储能的能量转化和存储上占据主要地位，在目前的发展中对电池性能要求越来越高，除了需要提高能量密度，改善使用寿命和降低成本之外，此外低温功率和快充仍然是人们持续关注的重点之一，通常在电解液上的改变会引起性能的显著提升，电极液不仅改善了电极界面上的SEI膜，同时影响了电极表面上的去溶剂化过程。什么是去溶剂化过程？要理解去溶剂化过程，就不得不介绍溶剂化过程，溶剂化简单地说就是溶质被溶剂分子包围的现象，在锂电池中，电解液中的LiPF6中的Li+溶解后，通过配位键，氢键和偶极相互作用等等吸引溶剂分子...
在锂离子电池充放电测试中，我们常常观察到如下图所示的现象，在充电和搁置一瞬间电池电压发生巨大的变化，且有电流加载的时候，电压也会发生变化，电流越大，电压曲线斜率变化的就越快，在充放电结束后，我们一般都会增加静置工步，有经验的人会告诉我们这是去极化的过程，让电池达到电化学平衡(△V=0)和温度平衡(△T=0)。什么是电池的极化和去极化呢？在锂离子电池的电化学体系中，极化是指电极电位偏离平衡电位的现象，而去极化是指电极电位回归平衡电位的现象，其中我们需要特殊关注的有两种特殊的极化类型，如下图所示，理想极化电极(②)和理想...
在搭建COMSOL锂电池模型中，我们需要输入非常多的物性参数，但是并没每个参数都能够通过实际测试或者公式计算得到，对于基础或者重要的参数，在COMSOL中除了通过参数化扫描或者手动更改外，我们还可以通过自带的参数估计节点来实现参数的辨识过程。此外在MATLAB/Simulink中，同样也能实现该过程，可以参考如下文章今天以初始锂离子嵌锂量为例，通过对比仿真结果和实测电压曲线数据，已实现获得较为准确的锂离子嵌锂量，首先对于任何材料来说，根据相关文献，我们可以计算出最大的嵌锂浓度，也就是电极100%SOC的最大含锂量，一个单元上包含一个锂，例...
扣式电池从1980s应用开始起，一直是用在电极材料评估和失效分析当中，而且扮演着非常重要和基础的意义。之前做的测试电流只有大约0.2mAcm-2，并没有发现Li half coin cell有太大的问题，但是随着锂离子电池使用场景的大大丰富，对电极材料的要求越来越苛刻，高倍率快充和高容量设计的趋势，使得半电池扣电的弊端越来明显且严重。今天借此机会，结合文献详细谈谈Li半电池扣电的弊端以及改善方法。顾名思义，Li半电池扣电，就是使用锂金属作为对电极(CE)和参比电极(RE)，电极材料为工作电极(WE)的扣式电池体系,电流电压线接法如下所示，红的电流电压接...
在该公众号早些时候，分别介绍过三项电池安全测试验证项，今天接着之前的内容，继续介绍安全测试之挤压，该项测试与电池包甚至整车的安全息息相关，我们可以通过最近的一起事故案例来了解该项测试的重要性和必要性。一辆新能源车在马路上碾压到一块石头，随后不久就发生了车辆冒烟自燃的事故，这次事故的原因大概率是电池包中的电池受到了石头的挤压，发生了内部短路，然后导致了电池升温自燃的结果。1.什么是电池挤压？电池挤压是指将充满电的电池，放在固定的夹具上，然后通过挤压板以一定的速度(max 2mm/s)垂直与电池大面的方向进行挤压，截止条...
在我们日常科研或学术论文上，经常看到对于同一种材料往往有不同的叫法，比如石墨C，有的叫负极(Negative)，有的叫阳极(Anode)，甚至还有叫阴极(Cathode)，难道大家都这么不讲究？今天我们重新理解下电极名称的定义，用于区分不同电极的叫法。正负极的概念按照定义来说，正极(Postive)是指电位相对较高的电极，负极(Negative)就是电位相对较低的电极，在锂离子二次电池中，这个概念是非常清晰的，无论充电还是放电过程中，LiCoO2电位始终比Graphite的高，可以认定LiCoO2为正极材料，而Graphite为负极材料。阴阳极的概念按照定义来说，阳极是发生氧化...
随着锂离子电池的应用越来越广泛，人们对其安全性和可靠性要求越来越高，但是大量锂离子电池在生产，运输和存储以及使用过程中会发生形形色色的失效现象，如果不加管控或者处置的话，会影响到整个模组甚至PACK的安全，本文介绍锂离子电池在使用中遇到漏液腐蚀的失效过程和原理以及预防措施。1.什么是腐蚀现象？腐蚀现象是指电芯在使用或存储过程中发现有铝壳/铝塑膜腐蚀或者电芯漏液现象，造成电芯绝缘失效，性能下降甚至安全风险。在测试过程中可以发现负极与壳体之间的电压发生了改变，由正常的2.0V变成了0V左右。2.腐蚀的原因是什么？在正常电芯...