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北理工团队开发电化学阻抗谱定量诊断锂电池析锂形貌方法
3 小时前
近日，北京理工大学研究团队在锂电池析锂形貌诊断领域取得重要突破，相关成果发表于国际顶级化学期刊《Journal of the American Chemical Society》。该研究提出了一种基于电化学阻抗谱（EIS）响应特征的锂沉积形貌定量诊断方法，通过建立阻抗拟合参数与沉积形貌的定量关联关系，实现了对不同析锂形貌的电化学特征区分及动态演化追踪。研究团队系统分析了不同沉积条件下的阻抗演化行为，发现电荷转移阻抗Rct的演变遵循幂律分布规律，并通过弛豫时间分布（DRT）技术解析出中频区电荷转移过程的关键特征。通过调控电流密度及沉积容量，研究团队在铜基底上构建了致密沉积与枝晶结构等典型锂沉积形貌，并确立了幂律分布方程中的指数/b/与真实形貌的对应关系，将其定义为锂生长因子（LGF）。实验验证表明，LGF模型在不同电流密度（0.02至2.0 mA cm−2）及低温（-10 °C）极端条件下均表现出强预警能力，例如在2.0 mA cm−2高电流密度下，LGF值飙升至3.04，预示严重枝晶化倾向；而在-10 °C低温环境下，LGF值2.22准确预判了低温易诱发枝晶的风险。此外，该诊断技术从实验室模型的Li//Cu半电池扩展至石墨//锂半电池及软包电池体系，在石墨体系中验证了倍率从0.5C提高至2C时LGF逐渐增大、枝晶含量增加的趋势；在软包电池测试中，仅需充入约0.3-0.4 mAh cm−2的极小容量即可计算出稳定LGF值，无需耗时长循环测试或破坏电池，为新能源汽车快充过程中的枝晶监测提供了无损检测新方案。该研究由北京理工大学黄佳琦教授、闫崇教授团队主导，第一作者为硕士研究生余芷娴。
