崔屹/李煜章Nature子刊：实用的车载电池快充下锂沉积的早期检测策略

快速充电被认为是锂离子电池最需要的功能之一，可加速电动汽车的主流应用。然而，目前的电池充电策略主要由保守的倍率步骤组成，以避免潜在危险的锂电镀及其相关的寄生反应。因此，亟需一种高度灵敏的车载检测方法可在不达到锂沉积状态的情况下实现电池快速充电。

在此，美国斯坦福大学崔屹教授、李煜章等人展示了一种新颖的技术，即压差传感（DPS）方法来精确检测锂沉积。通过测量每单位电荷的电池压力（dP/dQ）的实时变化，并将其与锂离子嵌入负极过程中dP/dQ的最大值定义的阈值进行比较，可高精度捕捉剧烈充电条件下锂镀层过度生长前的情况。

具体而言，锂金属优先沉积在负极的顶面上，而不是利用石墨晶格内的晶面间距。因此，对于相同数量的Li⁺，Li沉积会导致比插层表现出更显著的厚度/压力增加。由于厚度的变化导致压力的变化，因此Li沉积导致dP/dQ变化比插层高得多。作者基于插层过程中dP/dQ的最大值建立了一个阈值来识别Li沉积：dP/dQ在插层过程中将保持在阈值以下，但在发生Li沉积时会超过阈值。

图1. DPS显示快速充电过程中的Li沉积

与实验室研究中用于检测Li沉积的传统大型专用设备不同，这里展示的压力传感器在与电池管理系统（BMS）集成以用于车载应用方面显示出良好的潜力。由于电池包结构可分为不同模块，因此可将传感器均匀定位在不同的地方，并通过BMS进行平衡。与单体电芯相比，电池模组在快充过程中对压力变化的响应更加明显，在实际应用中可进一步提高DPS的灵敏度。

此外，概念验证表明，通过将该压差传感集成到BMS中可实现动态自调节充电策略，从而有效地消除低温（0 ℃）引发的Li沉积，而传统的静态充电策略在相同条件下会导致灾难性的Li沉积。总之，作者建议DPS方法可作为一种早期无损诊断方法来指导电池快速充电技术的发展。

图2. 使用dP/dQ检测Li沉积实现自调节充电

Onboard early detection and mitigation of lithium plating in fast-charging batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33486-4

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崔屹/李煜章Nature子刊：实用的车载电池快充下锂沉积的早期检测策略

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