随着动力电池能量密度的不断提升,电动汽车续航里程焦虑问题已经基本解决,多数电动汽车的续航里程都已经超过了400km,部分高端车型甚至突破了500km,因此充电速度也就成为了电动汽车应用的主要障碍。锂离子电池充电的过程中,Li 从正极脱出,通过电解液迁移到负极的表面,嵌入到石墨材料之中,完成充电。如果充电速度过快不但会造成副反应的增加,还会造成负极析锂,导致电池容量快速衰降,因此不能简单粗暴的通过提升充电功率的方式提高充电速度。
充电策略对于锂离子电池的衰降具有重要的影响,因此合适的充电策略不但能够实现快速充电,还能够将快充对电池的负面影响降到最低。近日美国奥本大学的Minseok Song(第一作者)和Song-Yul Choe(通讯作者)通过降阶电化学模型对锂离子电池的充电策略进行了研究。
锂离子电池的衰降机理比较复杂,在该模型中作者主要包含了两类;1)电解液在负极表面的分解(如下式所示),生成Li2CO3和(CH2OCO2Li)2等成分,在负极表面形成SEI膜;2)金属Li在负极表面析出,这一方面会消耗活性Li,另一方面也会导致负极的活性面积降低。
电极-电解液界面处的电化学反应可以用Butlrt-Volmer方程进行表述,其中as,int为嵌入反应的面积,ηint为颗粒表面的过电位,i0,int为交换电流密度,
颗粒表面的过电位可以用下式进行表述,其中φs和φe分别为电极表面和电解液的电位,Ueq,int为平衡电位,JLitotal为界面总的反应速度,包含嵌锂反应、界面副反应和负极析锂等。