引言

锂电池作为核心储能设备，从我们日常随身携带的智能手机、笔记本电脑，到引领绿色出行潮流的电动汽车，再到支撑可再生能源稳定供应的储能系统，锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命等卓越性能，成为驱动各类设备高效运转的核心能量源。然而，随着科技发展对锂电池性能的要求日益严苛，阳极析锂问题逐渐浮出水面，成为制约其进一步发展的关键瓶颈。

析锂的过程与原理

锂电池的充电过程，本质上是锂离子在电场作用下的定向迁移过程。当电池接通电源，锂离子从阴极“脱嵌”，如同灵动的“小粒子”，穿越电解液这一“液体通道”，来到阳极表面。在这里，它们面临着两种命运：顺利的话，锂离子会嵌入阳极活性材料的晶格中，完成充电过程中的能量存储；但当嵌入过程遭遇阻碍，这些“无处可去”的锂离子便会在阳极表面直接还原成锂金属，形成我们所说的析锂现象。

从热力学角度来看，对于常见的石墨阳极，当阳极电位下降到65-200mV（相对于Li⁺/Li）时，锂嵌入反应在理论上能够顺利进行。然而，实际的充电过程并非处于理想的平衡状态。在充电电流的作用下，锂离子在阳极表面积累，导致局部浓度急剧升高，形成浓差极化。与此同时，欧姆极化和电荷转移极化也相继产生，这些极化作用叠加在一起，使得阳极表面的实际电位显著降低。当电位降至0V（相对于Li⁺/Li）及以下时，析锂反应便不可避免地发生了。

更为棘手的是，析出的锂并非全部能够在后续的放电过程中重新参与反应。部分锂会在阳极表面形成难以再嵌入的“死锂”，这些“死锂”不仅占据了阳极的活性位点，导致电池容量逐渐衰减，还会刺破电池内部的隔膜，引发内部短路，严重时甚至可能引发电池起火、爆炸等安全事故，极大地威胁着锂电池的使用寿命和安全性

传统影响析锂的因素

影响析锂的传统因素主要有运行条件和电池结构特征。运行条件方面，低温会增加电池阻抗和极化，阻碍离子传输，使锂离子在阳极积累，加大析锂风险。高充电倍率下，锂离子来不及嵌入就会沉积，同时极化增大也会促使析锂发生。高SOC水平下，阳极电位降低，加上电池内部SOC分布不均，容易引发局部析锂。电池结构特征方面，N/P比至关重要。N/P比过低，阳极电位低，易导致析锂；过高则会影响阴极稳定性，降低电池能量密度。此外，电极和隔膜的局部缺陷、电解液浸润不充分等，也都可能成为析锂的诱因。

外部压力影响析锂的机制

外部压力影响析锂主要通过离子传输、电子传输和电池组件结构的异质性。

在离子传输方面，压力改变隔膜和电极的孔隙率、曲折度，影响离子传输路径。还会使电解液粘度增加，减缓离子传输速度，导致锂离子在阳极表面积累，增加析锂风险。

电子传输过程也受外部压力影响。对于石墨阳极，压力不足会使电极接触不良，减少电子传输路径；而硅基阳极则需要适当压力维持电子传输。压力过大又会破坏电极导电网络，阻碍电子传输，都可能引发析锂。

电池组件结构的异质性也是关键因素。电池组装过程会产生机械因素的异质性，影响电极接触和电解液润湿性，进而影响析锂。比如棱柱形电池堆叠压力低，阳极体积变化大，会增加析锂风险。

外部压力缓解析锂的机制

适当的外部压力也能缓解析锂现象。它可以增强电极的均匀性，改善电极微观不均匀性，限制电极体积变化，使压力分布更均匀，降低析锂风险。同时，外部压力还能改善电极接触性能，增强电子转移，降低接触电阻，减少析锂可能性。在增强电解液接触方面，压力压缩电池内部空间，改善电解液与活性材料的接触，降低电荷转移电阻，有利于离子传输。此外，外部压力能减少气体的不利影响，将气体推向电池边缘，增加气体溶解度，避免气泡形成，减少对离子传输的阻碍 。而且，外部压力还能缓解其他副反应，减少阳极材料膨胀、电解液消耗和分解，从而缓解析锂。

基于机械因素缓解析锂的实际应用策略

在实际应用中，要确定外部压力的最佳值或范围。不同电池有不同的最佳压力，需综合考虑电池特性来确定。同时，要确保压力和变形的均匀性，可采用半刚性或柔性材料，优化压力施加板结构，减少局部应力集中 。还可以通过压力传感和调节机制，实现对电池压力的主动调整，维持最佳压力水平，但这会增加电池系统的成本和复杂性。

结语和展望

外部压力对锂电池析锂的影响研究意义重大。当前虽已取得一定成果，明确了外部压力与析锂的复杂关系及部分作用机制，但仍面临诸多挑战。未来，需要建立更精准的电池机械性能模型，融合多尺度多物理场的研究方法。同时，借助先进监测技术和机器学习手段，深入探究析锂现象。相信随着研究不断深入，能进一步优化锂电池设计，减少析锂问题，推动其在更多领域广泛应用，助力实现能源的高效存储与利用。

来源：电化学数学电源实验室