负极析锂原因解析

锂离子电池负极析锂是指锂离子以金属锂沉积到负极表面的现象。

正常充电时锂离子嵌入石墨负极层间形成石墨层间化合物，当充电过程中，锂离子嵌入负极和锂离子在负极表面沉积两个过程共同存在，在这种情况下总的充电电流分为锂离子嵌入电流和锂沉积电流，随着充电时间的增加，由于石墨内部的嵌锂空位不断减少以及锂离子在石墨层间扩散变慢，锂离子嵌入石墨层间的电流不断减少，同时锂离子在石墨表面沉积的电流增加，导致锂沉积不断加剧。

锂离子电池负极析锂的影响因素有以下因素：

1.电池的工作条件(低温、高倍率充电和过充) ：

析锂其根本原因是负极表面的锂离子迁移速度高于锂离子进入石墨内部的速度，这样会极化负极，迫使电池负极的电势低于锂/锂离子的平衡电位，便发生了析锂现象。

锂离子电池低温下性能变差主要与低温下负极极化增大有关。负极极化的增大使得负极电位低于0V，进而为负极析锂提供了条件。在锂离子电池中一般建议电池充电时采用合适的充电倍率以有利于锂离子均匀地嵌入石墨负极，但是动力电池需要较大的充电电流以满足短时间充电的需求。当电池快速充电时，由于锂的固相扩散较慢导致大量的锂离子在电极界面处聚集，当界面处锂离子浓度达到饱和时，负极开始出现析锂。

在充电器发生故障、以及电池组中单个电池出现问题等条件下锂离子电池有可能发生过充，当充电达到截止电压后继续充电时，由于负极嵌锂位置有限，量锂在负极表面沉积。但是并不是低温、高倍率或者高荷电态下充电时负极一定会发生析锂，工作条件之间对负极析锂的影响是相互的，当低荷电态下高倍率充电后改为低倍率高荷电态充电可以抑制析锂。

2.电池设计(电极厚度、孔隙率和电池正负极容量比) 

电池正负极容量比：锂离子电池通常设计有过大的负极容量，以避免耗尽负极中的锂离子可插入的容量，从而减小负极过电位。如果负极材料不够，则会造成负极没有足够的空间提供给正极脱出的锂离子，从而造成析锂现象的发生。

      电极厚度：如果电极过厚，锂离子扩散速度变慢，难以在充电时间内及时嵌入到活性物质中，导致负极表面锂离子浓度过高，当超过一定限度时，锂离子就会在负极表面还原成锂金属，从而发生析锂现象。

孔隙率：孔隙率会影响电解液的浸润和离子传输如果孔隙率过低，电极内部的电解液分布不均匀，锂离子在电极中的传输通道减少，扩散阻力增大。这会使得锂离子在电极内部的迁移速度变慢，负极表面锂离子积累，增加析锂的风险。

3.电池材料性能(颗粒大小、材料类型、电解液种类) ：

颗粒大小会影响锂离子的扩散路径和比表面积：颗粒大小直接影响锂离子的扩散路径。较小的颗粒通常具有较短的扩散路径，有利于锂离子的快速传输和嵌入。相反，较大的颗粒可能导致锂离子扩散路径延长，增加析锂的风险。较小的颗粒具有更大的比表面积，可以提供更多的活性位点，有利于锂离子的均匀分布和嵌入。而较大的颗粒比表面积较小，可能导致锂离子在局部区域过度集中，从而引发析锂。

      材料类型：不同材料类型的导电性和嵌锂能力存在差异。导电性较差的材料在充电过程中可能无法及时将锂离子传输到负极内部，导致锂离子在表面堆积并析出。此外，嵌锂能力较弱的材料在锂离子嵌入时可能无法形成稳定的化合物，也容易导致析锂现象。

      电解液种类：电解液的离子传输性能直接影响锂离子的迁移速度和分布均匀性。离子传输性能较差的电解液可能导致锂离子在负极表面堆积并析出。此外，电解液的黏度、介电常数等理化性质也可能影响析锂现象的发生。