本技术公开了一种基于电池阻抗分析的钠离子电池析钠行为的工况监测方法。其中,包括:本方法的核心原理基于以下几点:当析钠发生时,钠金属在硬碳表面沉积,会导致硬碳表面物理和化学性质的改变;这是由于钠金属的导电性与硬碳材料存在显著差异,进而导致硬碳的电荷传输电阻发生明显变化。此外,钠金属的出现也会引起硬碳表面双电层电容的变化;因此,通过检测硬碳表面的电荷传输电阻和双电层电容的变化,可以精确地判断钠金属是否开始析出;本方案能够在不破坏电池结构的情况下,实现钠金属析出的原位监测,该方法不仅可以灵敏地捕捉钠离子电池在半电池放电过程中的钠金属析出情况,还能实时监控包括半电池、全电池以及软包电池在实际运行条件下的钠金属沉积。
背景技术
析钠现象是钠离子电池在长期循环过程中出现的一种不利的副反应,通常发生在硬碳负极侧。这一现象不仅会随着循环次数的增加而逐渐加剧,还会导致硬碳表面形成大量的钠金属沉积,从而显著引发电池容量的不可逆衰减。这种钠沉积行为对钠离子电池的整体性能,尤其是安全性和使用寿命,产生了极为负面的影响,已经成为制约钠离子电池商业化应用的关键问题之一。
根据当前的研究,析钠现象的产生原因可以归结为两个主要方面。首先,硬碳负极材料的表面极化是导致析钠的重要因素之一。由于钠离子在电解质与硬碳材料中的传输速率存在差异,钠离子容易在硬碳表面积聚,造成表面钠离子浓度过高。这种局部的高浓度会引发电化学极化,进而诱导钠金属在硬碳表面沉积。其次,电池内部正负极容量的不匹配同样可能导致析钠现象。当负极材料的钠离子储存能力达到饱和状态时,多余的钠离子无法嵌入硬碳结构,只能以金属形式析出并沉积在负极表面。尤其在高电压、高倍率或低温等极端条件下,析钠现象更为严重。
因此,如何有效监测和抑制钠金属的沉积,已经成为提升钠离子电池性能的关键挑战之一。目前,析钠现象的检测通常依赖于诸如X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等技术手段。然而,这些方法往往具有破坏性,需要拆解电池,难以实现电池在实际循环过程中的原位检测。为此,亟需开发一种高效、非破坏性的钠金属析出监测技术,以便在电池实际运行中实现析钠行为的实时工况监测,帮助早期预警并优化电池工作状态,从而延长钠离子电池的使用寿命并提高其安全性。
实现思路