锂离子电池在低温充电、快充等苛刻条件下容易发生析锂反应，这不仅会加速电池容量衰减，更可能引发热失控等安全隐患。然而，在大容量电池中，析锂边界的动态演变、电压/阻抗信号的微弱变化，给实时精准检测带来了巨大挑战。

北京交通大学张丽静教授团队在《Journal of Power Sources》发表的最新研究中，提出了一种基于膨胀力信号解耦的析锂检测新方法。研究团队通过分离锂嵌入/脱嵌、热膨胀、锂沉积/剥离等不同反应对电池膨胀力的贡献，首次定义了锂剥离力占比（RLSF） 作为析锂特征指标，并结合不可逆膨胀力（IEF） 实现了对可逆与不可逆析锂的定量评估。实验证明，该方法在动态工况下仍能保持100%的检测准确率，为电池安全管理提供了全新的技术路径。

一、基本信息

论文标题： Operando detection for lithium plating in lithium-ion batteries via expansion force signal decoupling

发表期刊： 《Journal of Power Sources》(IF=9.2)

DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.238644

研究团队： 北京交通大学国家主动配电网技术研究中心、北京理工大学（珠海）联合团队

二、论文主要内容

1. 析锂如何影响膨胀力？

锂沉积时，金属锂的体积膨胀率是石墨嵌锂的4倍（12.97 cm³/mol vs. 3.19 cm³/mol），导致电池内部应力急剧增加。如图1所示，低温快充时，锂离子无法及时嵌入石墨层，在负极表面沉积形成锂枝晶，引发膨胀力异常升高。

2. 膨胀力信号的三重解耦

研究团队提出将总膨胀力（F_total）分解为：

嵌脱锂力（F_li）**：锂离子正常嵌入/脱嵌产生的力

热膨胀力（F_thermal）：由温度变化引起（占比<2%）

异常力（F_extra）：主要来自析锂/剥离反应（图2）

通过引入热膨胀系数和参考膨胀力曲线，实现了对析锂力的精准提取。

3. 特征指标RLSF与IEF的提出

RLSF（锂剥离力占比）：反映析锂在总异常力中的比例。当RLSF > 67.35%（阈值）时判定为析锂发生（图3）。

IEF（不可逆膨胀力）：通过单次循环后膨胀力净增值量化“死锂”积累量，与不可逆容量损失呈线性关系。

4. 实验验证与拆解分析

SEM图像显示析锂电池负极出现苔藓锂和枝晶（图4C-F），而未析锂电池负极结构完整。

厚度测试表明析锂导致负极局部增厚高达26.5%，远高于正常嵌锂的0.3%。

三、总结与展望

结论：本研究通过多物理场信号解耦，建立了膨胀力与析锂反应的直接关联，提出的RLSF和IEF指标可实时、精准识别析锂，且适用于动态工况，为电池管理系统（BMS）提供了新的监测维度。

展望：未来工作将聚焦于：将算法嵌入BMS芯片，实现车载实时析锂预警；拓展至三元电池等不同体系；结合AI模型预测析锂演化趋势，优化快充策略。

四、作者介绍

通讯作者张彩萍教授现任北京交通大学国家主动配电网技术研究中心研究员，长期从事电池多场耦合建模与安全管控研究，主持国家重点研发计划项目，在Joule、Journal of Power Sources等期刊发表多篇高水平论文。第一作者陈泽平为张彩萍教授团队博士研究生，主要研究方向为锂离子电池析锂机理与检测技术，本研究中负责实验设计、数据分析和论文撰写。团队在电池安全领域积累了丰富的理论成果与工程经验。

文章来源：电池课堂

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