锂离子电池（LIBs）因其高能量密度、长寿命和宽工作温度范围而成为电动汽车和能源存储系统（ESS）的首选。特别是LiFePO4（LFP）/石墨电池因其优异的稳定性和循环性能以及较低的成本，有望在不断增长的能源存储市场中发挥重要作用。然而，长期循环过程中LIBs内部会发生各种副反应，导致电池性能退化。深入理解电池老化机制可以为开发有效的电池管理策略和延长电池寿命提供科学指导。
在此，厦门大学杨勇、西湖大学金艳婷等人深入剖析了锂离子电池在加速老化条件下的老化和翻转失效机制。作者通过结合电解液定量方法、质谱滴定（MST）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和拉曼成像等先进分析技术，对不同温度下LiFePO4（LFP）/石墨电池的老化过程进行了定量分析。
研究发现，固体电解质界面（SEI）的生长、破裂和修复是导致电池老化的主要机制，其对电池容量损失的贡献随着温度的升高而增加。高温加剧了电解液的分解，尤其是锂盐的分解，同时有机SEI在高温下分解为更稳定的无机SEI，导致SEI层厚度增加且富含无机成分。
此外，高温还导致空间不均匀的副反应，可能加速电池的进一步退化。电池容量的急剧下降，即翻转失效，主要是由于添加剂VC的耗尽，导致电解液的降解从VC转移到溶剂和锂盐。
图1. SEI生长和演变的示意图
总之，该工作详细分析了锂离子电池在加速老化条件下的老化和翻转失效机制。研究显示，高温显著加速了LFP/石墨电池的各种退化过程，包括电解液分解、SEI生长、Fe²⁺溶解和颗粒开裂。SEI的生长、破裂和修复过程是导致电池老化的主要机制。SEI在所有温度下都由富含有机物的外层和富含无机物的内层组成。
值得注意的是，高温加剧了电解液的分解（尤其是锂盐的分解），同时有机SEI在高温下分解为更稳定的无机SEI，导致富含无机成分的SEI层增厚。然而，25℃下长期循环积累的机械应力对石墨颗粒造成的损伤比高温下的热应力更为严重。高温还导致空间不均匀的副反应，这可能会加速电池的进一步退化。
电池容量损失中的“拐点”发生在80%和70% SOH之间容量显著下降时。这并不是由于内阻增加、析锂、电解液干燥、电极饱和或机械变形引起的，而是与添加剂VC的耗尽有关，导致电解液的降解从VC转移到溶剂和锂盐。因此，该工作对电池老化和失效机制的准确定量分析，为预测和延长电池寿命提供了坚实的基础。
图2. 电池翻转失效机制分析
Quantitative Analysis of Aging and Rollover Failure Mechanisms of Lithium‐Ion Batteries at Accelerated Aging Conditions, Advanced Energy Materials 2025 DOI: 10.1002/aenm.202404997