锂离子电池是目前最常见的化学储能电源，从手机到笔记本电脑、可携带移动设备，都不依赖于锂离子电池供应能量。 当锂离子电池给我们带来方便时，三星手机锂离子电池发生了几起爆炸事件，需要关注锂离子电池的安全问题。 引起锂离子电池安全风险的因素很多，总的来说分为“内部因素”和“外部因素”，“外部因素”主要是电池受外力作用，引起变形等风险，在内部和外部之间引起短路，引起着火爆炸等事件。 “内部要素”主要由设计和加工等要素引起的内部缺陷，例如由电极内部的多馀物、负极的分析等要素引起的电池内部短路，会引起电池的安全风险。
其中，负极析出锂是锂离子电池的安全事故频发的重要因素，引起锂离子电池的负极析出锂的因素多，例如正负极的冗馀度设计不足，电池的低温充电、充电电流过大等因素有可能引起负极析出锂， 负极析出的锂不仅能够利用锂离子电池的锂资源减少，而且容量降低，在负极形成锂枝晶，锂枝晶按照锂离子电池的循环生长，最终贯通隔膜，引起正负极的短路。 因此，防止负极析出锂是锂离子电池设计过程中应重点考虑的问题。 今天，小编将带领大家的朋友探讨锂离子电池负极析出锂的条件和机理。
低温是诱发锂离子电池锂析出的重要因素，在低温条件下负极的锂吸藏动力学条件变差，负极的比容量降低，容易以大的充电电流在负极表面形成镀锂层、进而容易形成枝晶，因此锂离子电池在低温下的负极的锂析出的特征和机械 德国慕尼黑工业大学的Christian von Lüders等人通过静电电压和中子衍射等手段研究了商业18650锂离子电池在-2℃下锂析出的特征和机理，表明充电倍率超过C/2时锂析出量明显增加，例如C/2时 研究表明，锂离子嵌入石墨结构的速度取决于镀锂层的数量，静置电压与锂的析出数量有密切的关系。
实验中，Christian von Lüders采用18650电池，正极为NCM111材料，负极为石墨材料。 在-2℃下的C/20倍率下，电池受电解液扩散条件和正负极活性物质的动力学条件的限制，只能发挥25℃下容量的87%左右，约1687.21mAh。 下表为-2℃下不同倍率下的电池充电容量。 从数据可以看出，随着充电电流的增加，充电期间电池的温度的上升对电池的低温性能测量的准确性有一定影响，但这不可避免地受到18650电池的热传导率的限制。
中子衍射的数据表明Li+嵌入负极石墨结构的过程，在C/20充电倍率下，首先Li+与石墨反应生成LiC12，当电池充电容量达到1009mAh (约50%SoC )时，开始出现LiC6的衍射峰，当电池充电到1687mAh时，开始出现LiC6的衍射峰 与此相对，以1C倍率充电后，LiC6的衍射峰强度低于LiC12的衍射峰，Li+在石墨结构中未发生100%转化，仅一部分锂进入石墨的结晶结构中，一部分锂作为金属锂析出，但在衍射曲线中未发现金属锂的衍射峰
充电结束后，电池需要静置4h，静置的电池在此进行了中子衍射检查。 具体结果如下图所示，静置4h后，LiC6的衍射峰强度明显增强，但LiC12的衍射峰强度明显降低，特别是以1C倍率充电的电池变化显着，这主要有利于负极内部各部分之间的锂浓度的“再平衡”。 但是，与以C/20倍充电的电池相比，以1C倍充电的电池的LiC6的峰值明显较低，显示出在负极表面析出的锂有一部分是不可逆的。
除中子衍射外，Christian von Lüders还测量了电池静置时的电池电压曲线。 如下图所示，充电倍率进一步为C/2以上的电池在电压静置中出现电压级，关于C/2充电用的电池，该电压级的时间长度为2h，关于1C充电用的电池，该电压级的长度为3h。 中子衍射数据表明，该电压台主要对应于析出的锂重嵌入石墨晶体结构的过程。
不同倍率下的锂析出量如下图所示，随着充电倍率的增大，电池的锂析出量逐渐增加，特别是倍率超过C/2时，电池的锂析出量显着增加，需要注意的是，即使是C/20的小倍率，也会出现3%左右的锂析出量。
Christian von Lüders的工作揭示了锂离子电池在充电过程中Li+嵌入负极的化学反应历史以及负极在低温下析出锂的反应特点，为研究低温下锂离子电池的衰退机理提供了重要线索，并对锂离子电池组进行低温管理
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lithiumplatinlithium-ionbatteresinvestidbyvoltagerelaxationandinsituneutrondiffraction，Journal of Power Source，342(2017 )，christial
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