运输业的电气化对锂离子电池的能量密度、快速充电性能和寿命提出了越来越高的要求。

近日，宝马公司Sophie Solchenbach，Johannes Wandt研究了高能量密度（~800 Wh/L）原型圆柱形4695锂离子电池在两种不同（“低”和“高”）电解质含量下的快速充电。

文章要点

1）通过孔体积计算、计算机断层扫描和转动惯量测量，我们发现在高电解质电池中，活性材料的体积变化会导致电解质在循环时进出果冻卷，而在低电解质电池中不会发生电解质运动。同时，与低电解质电池相比，高电解质电池在快速充电循环过程中的容量保持率明显较差（130次循环后容量损失分别为24%和5%）。

2）研究人员证明，平面内电解质运动与平面内LiPF6浓度梯度的耦合会迅速导致沿果冻卷高度（=平面内）的厘米级强LiPF6浓度梯度：仅经过18个循环，果冻卷边缘和中心的LiPF6浓度（由离子色谱法测定）与初始平均值相比偏差超过±50%。研究人员将这种迄今未知的效应称为“电解质运动引起的盐不均匀性”（EMSI）。这种长尺度盐浓度梯度会导致电池容量损失、电阻增加，并最终导致高度局部的锂沉积。

3）最后，研究人员讨论了EMSI效应对电池设计和测试的深远影响，不仅适用于圆柱形电池，而且适用于任何高压缩下的大型锂离子电池。

参考文献

Sophie Solchenbach, et al, Electrolyte Motion Induced Salt Inhomogeneity – A Novel Aging Mechanism in Large-Format Lithium-Ion Cells, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE03211J