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锂电池析锂解析

锂电池作为现代电子设备的核心能源，其性能和安全性一直是研究的热点。本文将深入探讨锂电池析锂现象的定义、原因、影响以及如何通过电池管理系统（BMS）减少析锂现象，以为电池设计和使用提供参考。

一、锂电池析锂的定义

锂电池析锂是指在特定条件下，电池中的锂离子在负极表面析出形成金属锂的现象。这种现象通常发生在低温环境或电池重复充放电过程中，导致从正极脱嵌的锂离子无法正常嵌入负极，而是在负极表面沉积形成固态金属锂，即锂枝晶。

二、析锂的原因

析锂现象的发生是多因素共同作用的结果，主要包括以下几个方面：

1、负极容量不足：当负极材料的容量不足以容纳从正极脱嵌的所有锂离子时，剩余的锂离子会在负极表面析出。

2、充电机制不当：低温充电、大倍率充电或过充电等不当的充电机制会导致负极无法及时嵌入锂离子，从而引发析锂。

3、嵌锂路径异常：电池内部结构设计不合理、隔膜褶皱、电芯变形等因素会影响锂离子的嵌入路径，导致析锂。

4、电解液浸润不良：电解液量不足或未能充分浸润极片，会阻碍锂离子的迁移路径，引发析锂。

5、负极表面SEI膜异常：固态电解质界面（SEI）膜过厚或被破坏，会影响锂离子的嵌入，促使析锂现象的发生。

三、解决析锂的方法

为了有效降低锂电池析锂的风险，提高电池的性能和安全性，可以采取以下策略：

1、优化电池结构：设计合理的电池结构，如减小Overhang区域，使用多极耳设计，以及合理的N/P比值。

2、控制电池充放电条件：通过控制电池的充放电电压、电流和温度，减缓析锂反应的发生。

3、改进电解液组成：添加锂盐、添加剂或共溶剂来优化电解液组成，抑制电解液分解和析锂反应。

4、改性负极材料：通过表面包覆、掺杂或合金化等方法来改性负极材料，提高其稳定性和抗析锂能力。

5、电池管理系统：实时监控和智能控制充放电过程，确保电池在安全条件下工作，避免过度充放，降低析锂风险。

四、锂电池析锂对电池寿命的影响

析锂现象会导致电池内部形成锂枝晶结构，可能穿透隔膜引起内部短路，引发热失控和安全事故。此外，析锂过程中锂离子数量的减少会导致电池容量衰减，缩短电池的使用寿命。

五、低温环境与锂电池析锂

低温环境下，电解液黏度增大、负极析出锂严重、电荷转移阻抗增大以及动力学条件变差等因素共同促进了锂电池中的锂析出现象，影响电池的即时性能和长期健康。

六、通过电池管理系统减少析锂现象

电池管理系统（BMS）可以通过以下方式有效减少析锂现象：

1、实时监控和控制：实时监控电池参数，并根据数据调整充电策略。

2、优化充电曲线：识别电池充电曲线中的异常变化，提前预测和避免析锂现象。

3、热管理：通过加热或冷却电池来控制工作温度，减少析锂风险。

4、均衡充电：实施均衡充电策略，确保电池组中每个单体电池均匀充电。

5、优化电池设计：通过材料科学的进步，优化电池的负极材料和结构设计。

6、充电策略优化：调整充电速率和电流分布，避免局部电流密度过高，合理设置充电截止电压。

七、结论

锂电池析锂现象是影响电池性能和安全性的重要因素。通过深入理解析锂的原因，并采取有效的预防和控制措施，可以显著提高锂电池的性能和使用寿命。电池管理系统的智能化和优化设计是减少析锂现象的关键。

文章来源：锂电池技术知识平台

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产业链知识图谱智研产业百科【381】——锂电池材料

摘要： 近年来，随着新能源汽车产业的迅猛发展，锂电池需求呈现出高速增长的态势，并带动锂电池材料市场规模持续扩大。2023年中国锂电池出货量885GWh，同比增长34%。在下游需求带动下，2023年中国锂电正极材料、负极材料、电解液、隔膜等市场规模均保持高速发展。未来，随着电动汽车、储能系统、便携式电子设备等领域的快速发展，锂电池材料行业的市场规模将持续增长。

一、定义及分类

锂电池材料行业主要指的是为锂电池生产提供所需各种材料的行业。根据不同的属性和用途，锂电池材料可以有多种分类方式。按用途分类，锂电池材料可分为正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及铝塑膜等。其中，正极材料在锂电池总成本中占比达30%-40%，是锂电池材料中最为关键的部分。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

目前我国对锂电池材料行业采取国家宏观指导、调控和行业自律相结合的管理方式。锂电池材料行业的主管部门为工业和信息化部、国家发展和改革委员会，行业自律组织主要包括中国电池工业协会和中国化学与物理电源行业协会。其中，工业和信息化部是全国锂电池材料行业的主管部门，其职责是制定并组织实施行业规划、计划和产业政策，提出优化产业布局、结构的政策建议等。国家发展和改革委员会主要负责产业政策的研究制定、行业的管理与规划等，承担规划重大建设项目和生产力布局的责任，推进产业经济结构战略性调整。

2、行业相关政策

锂电池行业与国民社会经济的绿色发展、新能源汽车、可再生能源以及现代电子信息等多个战略性新兴产业有着十分紧密的关联，在保障满足大众工作及生活消费多样化需求等方面具有十分重要的作用，相关法律法规及产业政策明确了锂电池产业是高新技术产业，属于国家重点战略性新兴产业。近年来，国家出台了大量推动电池产业升级相关的政策，如2020年11月工信部发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，提出实施电池技术突破行动，开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究。2023年1月国家发改委发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，提出提高石墨、锂复合负极等负极材料应用水平等。为锂电池材料行业发展提供了较大的政策保障和支持。

三、发展历程

中国在锂电池材料领域的研究始于20世纪80年代，一些科研机构和高校开始进行相关研究，为后续锂电池材料的自主研发打下基础。进入21世纪，国内企业开始引进国外先进技术，同时加大研发力度，逐步提高产品质量和技术水平。2010-2018年，在政府的政策扶持和市场需求的推动下，中国锂电池材料行业实现了重大突破。一些国内企业开始掌握核心技术，形成了完整的产业链，产品性能和质量得到了大幅提升。2018年至今，随着新能源汽车市场的快速发展，中国锂电池材料行业迎来了黄金发展期。现阶段，中国锂电池材料行业已经取得了国际领先地位，国内企业在国内市场占据主导地位，并积极拓展海外市场。

四、行业壁垒

1、工艺技术壁垒

锂电池材料的生产工艺技术复杂、过程控制严格，研发难度大、周期长。在锂电池材料研制过程中，上游原材料的选择、材料比例、辅材应用、生产线布局及工艺设置等均需要多年的经验积累，目前国内锂电池材料行业各大厂商均已形成了自己的工艺技术。以锂电池正极材料为例，近年来，钴酸锂不断向高电压、高能量密度的方向发展，三元正极材料不断向高镍、长寿命、高安全性方向发展，对技术工艺的要求越来越高。在当前产品快速更新换代的情况下，新进入者短期内无法突破关键技术，难以形成竞争力。

2、产能及资金壁垒

锂电池材料行业具有较强的规模效应，一方面，产能规模大的企业在采购议价、生产成本摊薄等方面具备优势，另一方面，行业头部锂电池生产企业对于锂电池材料供应商的供货数量等方面有较高要求，大型锂电池材料企业相比小型企业更容易进行头部锂电池生产企业的供应商名录。因此，产能规模扩张是锂电池材料企业的发展趋势，而产线扩建对企业的资金实力提出了较高的要求。相比于已积累一定资金实力的业内领先企业而言，新进入企业面临较高的产能及资金壁垒。

3、客户认证壁垒

锂电池材料是生产锂电池的关键，锂电池生产厂商对供应商实行严格的认证机制，包括供应商主体资格认证及具体产品质量方面的认证。合格供应商主体资格认证方面，需要满足锂电池厂商对供应商的研发能力、生产线质量控制、产能规模、经营资信等方面的要求。具体产品类型认证方面，从具体产品的设计开发到小试、中试、量试阶段都需要通过客户的认证，通过向客户送样，经过其测试、检验，证明产品质量合格，并最终证明供应商具备稳定量产能力。检验期长且要求严格，从样品递送到量产往往需耗费数年时间，一旦锂电池生产厂商与锂电池材料供应商形成稳定合作，则不会轻易更换。

五、产业链

1、行业产业链分析

锂电池材料产业链可简单分为上游原材料、中游制造和下游应用三个部分。锂电池材料的上游主要是原材料供应商，包括金属原材料、化工原材料、辅助材料等。中游为锂电池材料制造商，主要包括正极材料制造商、负极材料制造商、电解液和隔膜制造商等。锂电池材料的下游为锂电池，主要应用于新能源汽车、储能系统、消费电子等。其中，新能源汽车是锂电池最大的应用领域。锂电池材料行业产业链如下图所示：

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