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快速充電被認為是鋰離子電池最需要的功能之一，可加速電動汽車的主流應用。然而，目前的電池充電策略主要由保守的倍率步驟組成，以避免潛在危險的鋰電鍍及其相關的寄生反應。因此，亟需一種高度靈敏的車載檢測方法可在不達到鋰沉積狀態的情況下實現電池快速充電。

在此，美國斯坦福大學崔屹教授、李煜章等人展示了一種新穎的技術，即壓差傳感（DPS）方法來精確檢測鋰沉積。通過測量每單位電荷的電池壓力（dP/dQ）的實時變化，并將其與鋰離子嵌入負極過程中dP/dQ的最大值定義的閾值進行比較，可高精度捕捉劇烈充電條件下鋰鍍層過度生長前的情況。

具體而言，鋰金屬優先沉積在負極的頂面上，而不是利用石墨晶格內的晶面間距。因此，對于相同數量的Li⁺，Li沉積會導致比插層表現出更顯著的厚度/壓力增加。由于厚度的變化導致壓力的變化，因此Li沉積導致dP/dQ變化比插層高得多。作者基于插層過程中dP/dQ的最大值建立了一個閾值來識別Li沉積：dP/dQ在插層過程中將保持在閾值以下，但在發生Li沉積時會超過閾值。

圖1. DPS顯示快速充電過程中的Li沉積

與實驗室研究中用于檢測Li沉積的傳統大型專用設備不同，這里展示的壓力傳感器在與電池管理系統（BMS）集成以用于車載應用方面顯示出良好的潛力。由于電池包結構可分為不同模塊，因此可將傳感器均勻定位在不同的地方，并通過BMS進行平衡。與單體電芯相比，電池模組在快充過程中對壓力變化的響應更加明顯，在實際應用中可進一步提高DPS的靈敏度。

此外，概念驗證表明，通過將該壓差傳感集成到BMS中可實現動態自調節充電策略，從而有效地消除低溫（0 ℃）引發的Li沉積，而傳統的靜態充電策略在相同條件下會導致災難性的Li沉積。總之，作者建議DPS方法可作為一種早期無損診斷方法來指導電池快速充電技術的發展。

圖2. 使用dP/dQ檢測Li沉積實現自調節充電

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：實用的車載電池快充下鋰沉積的早期檢測策略

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