竣工锂离子电池的超速充电（XFC，≤15 min）看待电动汽车的普遍运用至闭首要。然而，超速充电会导致电池容量火速衰减，从而范围了现实运用。为了定量阐明不行逆的锂金属浸积和其他衰减机制对电池容量的影响，正在片面和集体（通盘电池）周围内上定量说明锂金属浸积与电池容量衰减的闭连至闭首要。

鉴于此，美国SLAC国家加快器实践室Johanna Nelson Weker，Michael F. Toney（联合通信作家）诈欺空间分袂X射线衍射，研商了贸易软包电池正在经过数百个XFC轮回（4C~9C）后片面锂金属浸积的本质。揭示了负极上的不行逆锂浸积、非活性锂化石墨相和正极荷电形态之间的空间联系性。正在锂浸积区域，异常的锂以锂化石墨的局势被片面不行逆地捕捉，导致活性锂（LLI）的牺牲和活性负极原料的片面牺牲。电池中不行逆锂浸积的总LLI与XFC轮回后电池容量牺牲呈线性联系，其非零偏移量源自其他副反映。终末，正在集体电池周围内，LLI导致的是电池容量衰减，而不是电极组织退化。尤其首要的是，正在本研商中取得的XFC中对不行逆锂浸积和其他电池降解机制的贯通，将有助于最大化裁减正在高倍率下不行逆锂浸积的量。联系研商成绩“Quantification of heterogeneous, irreversible lithium plating in extreme fast charging of Li-ion batteries”为题公告正在Energy Environ. Sci.上。

图1显示了XFC轮回后（450圈）每个电池的容量牺牲和每个电池的总容量牺牲，其总牺牲蕴涵正在变成SEI和XFC轮回中容量牺牲的功劳。全体的XRD都是正在所有放电形态，然后存储1-2个月后举行的。所以，正在负极侧检测到的任何锂都是不行逆的。作家最先切磋锂浸积的片面和空间异质性，片面负极和正极相和SOC的闭连，然后计划不行逆锂浸积和其他牺牲机制对集体电池容量衰减的定量影响。

图1.研商了具有石墨负极和NMC(LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2)正极的单层软包电池的功能。全体电池最先以小电流安谧轮回6圈安谧SEI，然后以分别的倍率充电和C/2放电轮回450圈后，XFC酿成的容量牺牲和电池总共的容量牺牲。

通过对通盘电池举行空间分袂X射线衍射，构修了浸积锂正在电池的空间散布以及相应的负极和正极相的二维图。图2a-d展现了浸积锂金属、石墨和锂化石墨相的XRD强度的空间图，图2e，f显示了相应正极（NMC）电池体积（003）峰值宽度。研商证实，与简直没有浸积锂的区域比拟，浸锂区域的LiC6和LiC12的强度相对较高，而石墨的强度相对较低。

正在正极侧，与锂浸积对应的区域显示结果部裁减的NMC单位电池体积（图2e）。先前曾经声明，NMC单位电池的体积与SOC变革（~2%）或锂的含量直接联系。这反响了锂正在迂缓放电时不行轮回回正极，其片面锂的牺牲与不行逆浸锂和捕捉LiC6/LiC12正在空间上联系。图2f表示了正极区域直接超越负极上浸积锂的区域，对应着NMC（003）的一个更大的峰宽，其峰值宽度与图像上单个像素内的NMC‘c’晶格参数的变革相闭。每个像素的均匀锂占用率由峰值职位给出，锂浓度的扩散与峰值宽度的推广（峰值职位的变革）肖似。

图2.通过XRD取得的不行锂浸积（a）和负极（b-d）和正极（e，f）的空间图。正在负极侧，浸锂区域与LiC6和LiC12的高强度区域直接联系，与石墨强度成反比。正在阴极上，浸锂的区域对应于较低的均匀正极SOC和较高的正极SOC变革。

为了将负极相和锂含量与XFC轮回时牺牲的容量闭系起来，将通盘负极上的金属锂和LiCx中的锂量相加。图3a显示了全电池XFC容量牺牲和锂浸积库存牺牲之间的定量斗劲。不行逆浸积锂惹起的LLI与XFC轮回惹起的电池容量衰减之间存正在线。该拟合具有一个非零的x截距（9.0±1.3%）。正在XFC轮回历程中，锂浸积的含量与电池容量的牺牲有更强的联系性，而不是电池轮回倍率。

图3b显示了LiC6对LLI的功劳，其举动XFC容量衰减的函数。分别于锂浸积，LiC6的总量好似正在很大水准上与电池容量衰减或倍率无闭。LiC6和LiC12强度与XFC轮回时的锂浸积无闭，目标于来自于SEI变成时代。别的，有一片面锂可以无法被XRD检测到，可以是以非晶态锂的局势存正在，也可以是晶态锂没有发生足够强的XRD峰来举行暂时的判辨。

图3.轮回450次后，XFC容量与因为不行逆浸积锂和(b)捕捉LiC6的锂库存（LLI）牺牲之间的闭连。（a）电池显示了因为锂浸积导致的LLI和XFC容量衰减的直接联系性；（b）LiC6的锂牺牲量正在很大水准上与XFC容量牺牲无闭。

图4将锂的占用率与每个电池的总容量举行了斗劲。对这些数据举行线)。线性联系性证实，均匀NMC单元电池体积（活性锂）是一个很好的电池容量形容体例。所以，正在本研商中，活性锂的牺牲是电池正在XFC倍率轮回下电池容量衰减的重要驱动要素，而活性物质的牺牲对电池容量的影响可能轻视不计。

图4.NMC中每个单元电池的锂占用率（与原始的、未轮回的电池比拟）与电池正在变成SEI和XFC轮回历程中依旧的总容量之间的联系性。线）。

总而言之，本采用空间分袂高能X射线衍射，以非败坏性地量化锂离子电池极火速充电的片面和集体牺牲机制。正在片面上看，查看到负极上的不行逆浸积锂正在空间上异质性，通过负极上浸积锂的区域与负极内捕捉的LiC6和LiC12区域共定位，进一步判决电池中的活性锂的耗尽。这些区域也对应于放电形态下NMC正极中的一个片面还原的SOC，与负极侧锂的牺牲相划一。从集体上看，负极上不行逆浸积锂的总量与所研商的倍率中电池的容量衰减直接联系，是XFC轮回历程中容量衰减的重要驱动要素。

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