高温存储条件下锂锰氧化物-石墨锂离子电池容量衰减机制的多尺度解析

为解决锂锰氧化物-石墨电池在高温存储中容量快速衰减的行业难题，浙江超威创元工业有限公司的研究团队通过XRD、TEM、XPS等表征技术结合电化学测试，揭示了活性锂通过副反应转化为非活性形式的核心机制，量化了阴阳极副反应程度（ξcathode=-0.0015 mol，ξanode=0.0534 mol），发现阳极区EC还原反应是主要诱因，为高稳定性电池设计提供了关键数据支撑。

　　

在新能源产业蓬勃发展的今天，锂离子电池作为核心储能器件面临着高温环境下的性能退化挑战。特别是采用成本优势显著的锂锰氧化物(LiMn₂O₄)正极与石墨负极的电池体系，虽具有3V级高电压平台和环保特性，却在55°C存储360小时后会出现12.25%的容量跳水现象。这种衰减不仅源于正极材料固有的Jahn-Teller畸变和锰离子溶解迁移，更与电解液中碳酸乙烯酯(EC)的还原分解密切相关，但具体机制始终缺乏定量研究。浙江超威创元工业有限公司联合团队在《Materials Today Communications》发表的研究，首次通过多尺度联用技术揭示了这一"电池杀手"的作案全过程。

研究团队采用工业级10Ah软包电池为研究对象，结合X射线衍射(XRD)分析晶体结构演变，透射电镜(TEM)观测电极形貌，X射线光电子能谱(XPS)解析表面化学态，并创新性地通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)定量活性锂损失。电化学测试系统同步监测了存储前后充放电曲线变化，气相色谱-质谱联用(GC-MS)则捕获了电解液分解产物。

Preparation of experimental battery
标准化制备的电池极片显示阴极面密度均匀性达±2.5 mg/cm²，阳极中心区面密度247 mg/cm²，为后续精准分析奠定基础。β射线/X射线测厚技术证实电极涂布工艺的稳定性。

Mass Load of sheets
面密度分布图揭示阴极平均负载550 mg/cm²，仅边缘存在555 mg/cm²的轻微波动，这种均一性确保实验数据的可靠性。

Discussion
核心发现显示：1）活性锂含量从1064 μg/cm²锐减至928 μg/cm²，占总容量损失的89%；2）正极因结构变化导致比容量降低2.46%，而石墨负极比容量未变但LiC₆相减少；3）副反应程度量化指标ξ值显示阳极贡献占比达98%（0.0534 mol vs -0.0015 mol），证实EC在负极的还原反应是主因。

Conclusion
该研究突破性地建立了高温存储容量衰减的定量模型：电解液分解消耗的活性锂形成"隐形漏斗"，其中阳极副反应贡献率超九成。这一发现颠覆了传统认为锰沉积主导衰减的认知，为开发耐高温电解液添加剂和界面修饰技术指明了方向。研究采用的工业级电池样本与多尺度表征联用策略，为动力电池可靠性研究提供了新范式。