01 研究背景

锂离子电池在电动汽车与储能系统中广泛应用，其中磷酸铁锂/石墨电池因其高安全性与成本优势备受青睐。然而，电池在实际使用中常面临热与电化学应力的耦合作用，尤其是高温与过放条件的叠加，会显著加速电池老化，引发容量衰减与阻抗上升。尽管已有研究分别探讨了高温或过放对电池寿命的影响，但二者耦合作用下的老化机制尚未系统揭示。因此，深入解析热-过放耦合应力下的失效行为，对提升电池寿命与安全性具有重要意义。

02 工作简介

近日，北京理工大学苏岳锋教授、陈来研究员、闫康等人通过多尺度电化学与材料诊断手段，系统揭示了热-过放耦合应力下磷酸铁锂电池的老化机制。研究采用正交实验设计，结合直流内阻、电化学阻抗、超声成像、扫描/透射电镜、XRD、ToF-SIMS等多种技术，发现：高温加剧锂损失与SEI不稳定，深度过放（≤1.0 V）引发石墨结构坍塌、铜溶解与SEI破裂，高温与深度过放的耦合应力诱发协同失效，表现为DCIR由线性增长转为指数增长，在极端条件（65°C/0.5 V）下甚至出现FePO4相分离与铜迁移等非典型机制。研究确立了DCIR转折点作为失效阶段转变的无损标识，为储能系统中磷酸铁锂电池的寿命预测与管理提供了理论基础。相关工作以“Thermal-overdischarge coupling induced aging mechanisms in LiFePO4 batteries: insights from multi-scale electrochemical and material diagnostics”为题发表于《Applied Energy》。

03 本文要点

（1）应力对循环寿命的加速效应验证

图1. 高温与深度过放电的耦合应力加速效应验证

通过正交实验设计，系统评估了温度（25/45/65°C）与放电截止电压（2.5/1.0/0.5 V）对电池寿命的影响。结果表明，45°C/0.5 V条件下电池寿命加速因子达7.33倍，65°C/0.5 V更达8.80倍，显示出强烈的耦合加速效应。

（2）老化行为三阶段演化特征

图2. 不同耦合应力下的IC曲线与DV曲线以及应力的相关性分析

电池老化呈现“活化-线性衰减-加速衰减”三阶段行为。随着放电深度增加与温度升高，线性衰减阶段缩短，加速阶段提前，极化显著增强，IC/DV曲线进一步揭示了锂损失与活性材料损失的主导机制。

（3）DCIR演变与失效阶段转折

图3. 不同耦合应力下的DCIR曲线以及阻抗、电解液浸润、极片厚度及电阻情况

DCIR在2.5 V条件下呈线性增长，1.0 V条件下由线性转为指数增长，0.5 V条件下则始终呈指数增长。该转折点标志着SEI失控、死锂堆积与金属沉积等协同失效机制的发生。

（4）多尺度材料诊断揭示失效根源

图4. 不同耦合应力下的TEM结果

通过SEM/TEM/XRD/ToF-SIMS/μXRF等表征手段，发现石墨负极在深度过放电下发生结构坍塌与SEI增厚，集流体中的铜溶解并迁移至正极表面沉积，LiFePO4正极出现FePO4相分离，结构完整性受损，超声成像进一步验证了气体生成与电极剥离。

04 结论

本研究通过多尺度诊断手段，系统揭示了热-过放耦合应力下磷酸铁锂电池的老化机制，并确立了DCIR转折点作为失效阶段转变的关键指标。研究表明，适度升温（45°C）可加速典型老化路径，而极端条件（65°C或≤0.5 V）则会引发铜溶解、结构坍塌等非典型失效。该研究为电池加速老化测试与寿命预测提供了理论与实验基础，对提升储能系统可靠性具有重要指导意义。

05 文献详情

Rui Tang, Yuelei Xu, Jinyang Dong, Qi Shi, Kang Yan, Yibiao Guan, Yun Lu, Yu Su, Jinzhong Liu, Fangze Zhao, Yi Jin, Ning Li, Yuefeng Su, Feng Wu, Lai Chen. Thermal-overdischarge coupling induced aging mechanisms in LiFePO4 batteries: insights from multi-scale electrochemical and material diagnostics. Applied Energy, 2025, 401: 126870.