如何通过扣电分析电池的活性锂损失？

在锂电池的长期使用中，容量或能量衰减是不可避免的，在电池常规失效分析中，常常将容量衰减分成两类，一类是可逆衰减，另一类是不可逆衰减。其中可逆衰减是由于电池的使用条件导致的，比如说低温或者大倍率，在恢复到正常条件后，其充放电容量能够达到正常水平。而对于不可逆衰减常常是由于活性锂损失或电极材料损失导致的，即使恢复到正常的使用条件，其充放电容量也难以恢复。一、什么是活性锂？在电池放电过程中，并不是电极材料上所有的锂离子都参与了在正负电极之前的脱嵌，只有参与充放电过程中的部分才能称之为活性锂，也就是“能干活”的锂离子。如下图所示，在电池充放电过程中，左侧箭头代表负极完全脱锂态，右侧箭头代表正极完全脱锂态，那在两者之间的便是活性锂的含量，在新鲜态时，其与小倍率下的充电容量可谓完全相等。
在电池使用过程中，活性锂不同于固定在电极材料中的锂，而是可以自由脱嵌的锂离子，对于活性锂的损失而言，常规包含正负极SEI、CEI的生长消耗、析锂、与电解液的反应等等。
二、怎么定量活性锂损失？在已经清楚活性锂定义的基础上，我们只需要明确新鲜态和老化态活性锂的含量变化既可以计算出特定使用条件下的活性锂损失。首先在完全放电态的拆解新鲜电池中，分别组装正极对锂、负极对锂的扣电，记录最初的正负极电位，然后将扣电做完整的充放电循环，得到正极和负极的电极电位图，然后根据初始电位进行归一化处理，如下图所示，将负极起始点放在0点，然后移动正极曲线，两条曲线相减，便得到电池电压曲线，最后需要将拟合出来的电压曲线与实际测试的电池电压曲线做对比，如果相差较小的话，并可认为充电容量便是新鲜态活性锂含量。

同理，可绘制出老化后的正极、负极和电池电压曲线。如下图所示，在电池新鲜态时，充电过程的截止是由于正极决定的，所以活性锂的含量可以通过全电池的充电曲线判断，就像图中的1过程；当正极的活性锂损失时，到正极电位非常高时，负极电位可能比之前也高，就是图中2过程，依然由正极截止的，再进行一个放电过程，然后分别作正负极的扣电，那么对于正极而言，老化后的可使用的正极曲线范围就如b，活性锂损失就是a-b，整体上看就是正极相对于负极进行了向左的偏移，其偏移量就是活性锂损失量。

活性锂损失计算的核心是能够判断出老化前后嵌锂态的正极起始点，也就是电池完全放空的正极电位，在此基础上，充到相同的截止电位下得到的脱锂量的差异就是活性锂的损失量。而对于活性材料损失而言，我们只需要单位面积上的正负极可充放电量的区别。为了排除可逆衰减对分析过程的影响，电极充放电过程中的倍率条件要尽可能低。