揭示电动汽车锂离子电池真实老化机制：驱动里程与性能退化的关联研究

本研究针对电动汽车锂离子电池在长期使用中的性能退化问题，通过电化学分析技术（如EIS、DRT）量化了活性材料损失（Act. Mat. Loss）、锂损耗（Li loss）和阻抗增长等关键机制。研究发现，阴极性能是限制电池容量的主要因素，且锂损耗主导初期退化（<150 k km），而活性材料损失在长里程（>150 k km）后成为主因。该成果为优化EV电池设计提供了实验依据，发表于《Journal of Energy Storage》。

　　

随着全球碳减排政策的推进，电动汽车（EV）的普及率显著提升，但锂离子电池在真实驾驶环境中的老化机制仍不明确。实验室研究虽能模拟特定条件，却难以复现复杂路况、温度波动等实际因素对电池的长期影响。此外，商用EV电池的拆解分析稀缺，导致老化机制与驱动里程的定量关系缺乏数据支撑。针对这一空白，国外研究团队通过系统电化学分析，揭示了驱动里程与电池性能退化的关联规律。

研究团队从不同行驶里程（0–250 k km）的EV电池包中获取样本，采用非破坏性电化学测试（如C/20-C/3倍率容量测试、脉冲功率分析）结合对称电池阻抗谱（EIS）和弛豫时间分布（DRT）技术，量化了老化机制。通过半电池制备（阴极/锂金属、阳极/锂金属）和扫描电镜（SEM）观察，进一步解析电极微观结构变化。

3.1 全电池性能评估
通过RCID（类HPPC测试）和差分容量分析（dQ/dV）发现，电池容量衰减呈非线性：前100 k km损失10%，150–250 k km趋于平缓。阻抗峰值随老化向高SOC区域偏移，表明电极动力学特性改变。

3.2 循环老化石墨阳极的电化学评价
半电池测试显示，阳极容量损失轻微（250 k km仅损失0.15 mAh），但SEM证实石墨颗粒因体积膨胀（12%）发生断裂，导致活性材料电隔离。

3.3 循环老化阴极的电化学评价
阴极主导全电池容量衰减（N/P比>1.0）。锂损耗（SEI再生消耗Li⁺
）在初期（<150 k km）贡献主要容量损失（达6.95 Ah），而活性材料损失（1.47 Ah）在长里程后占比升高（13%）。

3.4 EV电池整体退化机制分析
定量模型显示，锂损耗和活性材料损失共同解释实测容量衰减（如250 k km剩余85.8%容量）。阻抗对容量影响可忽略，但脉冲功率性能显著下降。

3.5 电池阻抗增长分析
对称电池EIS-DRT揭示：阴极电荷转移阻抗（C3峰）随里程增长，反映表面化学退化；阳极接触阻抗（A2峰）在250 k km时激增，因SEI增厚导致石墨与铜集流体分层。

结论与意义
该研究首次建立EV驱动里程与电池老化的定量关系，证实阴极是容量限制环节，并提出锂损耗与活性材料损失的阶段性主导规律。通过创新电化学方法（如DRT分峰技术），团队明确了阻抗增长的关键界面机制（阴极电荷转移障碍、阳极接触失效）。成果为EV电池寿命预测模型提供数据支撑，并指导下一代高稳定性电极设计。论文发表于《Journal of Energy Storage》，为从实验室研究向真实场景应用转化树立了范式。