近日，寧波維科新能源科技有限公司的ZiwenWu（第一作者）和ChangheCao（通訊作者）、ShanshanSun（通訊作者）等人針對不同截止電壓對單晶NCM523/人造石墨體系電池性能的影響進行了深入的研究和分析。提高鋰離子電池能量密度主要有兩種方式：1）提高正負極材料的比容量，例如正極開發(fā)高鎳材料，負極開發(fā)Si基材料；2）提高充電截止電壓，這主要帶來兩個方面的影響，一方面提供充電截止電壓本身就能夠提高正極材料的容量，另一方面提高充電截止電壓還能夠提升材料的電壓平臺，兩者共同作用能夠提升鋰離子電池的能量密度。

提高充電電壓意味著正極脫出更多的Li，正極中的過渡金屬元素的價態(tài)更高，因此高截止電壓通常會導致材料自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低和材料／電解液界面穩(wěn)定性降低，因此我們對于提升材料充電截止電壓一般都是非常謹慎的。近日，寧波維科新能源科技有限公司的ZiwenWu（第一作者）和ChangheCao（通訊作者）、ShanshanSun（通訊作者）等人針對不同截止電壓對單晶NCM523/人造石墨體系電池性能的影響進行了深入的研究和分析。

實驗中ZiwenWu采用了單晶NCM523作為正極材料，人造石墨作為負極材料，隔膜為12um的陶瓷涂層隔膜，電池結(jié)構(gòu)為卷繞式軟包電池，電池容量為1100mAh。

上圖為單晶NCM523材料的SEM圖片，顆粒表面光滑，顆粒直徑在1.5-8um之間，D50為4.14um，由于單晶的特點單晶NCM523材料相比于傳統(tǒng)的二次造粒NCM523材料的壓實密度有明顯的提升，可達3.6g/cm3。

下表為上述電池在分別在4.3V、4.35V和4.4V截止電壓下的容量、內(nèi)阻、電壓平臺和比容量、能量密度數(shù)據(jù)，從表中能夠看到隨著充電截止電壓的提高，電池的容量、電壓平臺、比容量和能量密度等指標都有一定程度的提升，值得注意的是電池的內(nèi)阻同樣隨著充電截止電壓有一定的升高。從表中能夠看到同樣是提高0.05V，電壓從4.3V提高到4.35V所提高的容量（8.1mAh/g）要比4.35V提高到4.4V（4mAh/g）多一倍以上，這也表明在一定的范圍提高電壓能夠更有效的提升電池的電化學特性。

下圖為電池在不同截止電壓下的倍率性能測試結(jié)果，從圖中能夠看到不同倍率下容量保持率最高的為4.3V的電池，其次為4.35V，最差的為4.4V，這與我們在上面觀察到的隨著充電截止電壓的提高，電池的內(nèi)阻有所上升是一致的。

考慮到應用場景非常寬泛，因此鋰離子電池的高低溫性能也具有非常重要的參考意義，下圖給出了1C倍率下的高溫（55℃）、低溫（-20℃）相對于常溫（25℃）的容量保持率，從圖中能夠看到充電截止電壓對于電池高低溫放電能力的影響比較小，但是整體上更高的截止電壓會導致電池的高低溫都有所下降，例如高溫下4.3V、4.35V和4.4V的電池容量保持率分別為109.7%109.1%和108.3%，低溫下分別為64.2%、62.5%和60.4%。

隨著幾種電池的充電截止電壓的提高，電極／電解液的界面穩(wěn)定性會有所降低，因此高截止電壓會導致存儲性能出現(xiàn)一定的衰降。實驗中發(fā)現(xiàn)隨著充電截止電壓的升高，電池內(nèi)阻也呈現(xiàn)相應的上升，電池的厚度增加也明顯加大，電壓衰降也明顯增加，電池的容量恢復率也出現(xiàn)了相應的降低，這些現(xiàn)象都表明在高截止電壓下電池的存儲性能出現(xiàn)了明顯的劣化，這主要是因為在高電壓下電解液在正負極表面的分解顯著增加導致的。

下圖a為電池在不同充電截止電壓的情況下1500次循環(huán)容量保持率曲線，可以看到在前800次循環(huán)中不同截止電壓對于電池的循環(huán)性能幾乎沒有顯著的影響，三種截止電壓的電池的容量保持率都在95%左右，但是在800次以后充電截止電壓對于電池循環(huán)壽命的影響開始顯著起來，截止電壓較高的電池衰降速度要明顯更快一些，在經(jīng)過1500次循環(huán)后4.3V、4.35V和4.4V截止電壓的電池的容量保持率分別為93.4%、87.4%和80.3%。

下圖為在不同電壓下循環(huán)后的電池的交流阻抗圖譜，從圖中能夠看到在循環(huán)之前電池的圖譜僅有一個半圓和一條擴散曲線構(gòu)成，其中半圓為電荷交換阻抗，但是在經(jīng)過1500次循環(huán)后電池的交流阻抗圖譜已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為了兩個半圓和一條擴散曲線，高頻區(qū)的半圓為界面膜阻抗，中頻區(qū)半圓為電荷交換阻抗。從擬合結(jié)果（如下表所示），在經(jīng)過1500次循環(huán)后4.3V、4.35V和4.4V的電池歐姆阻抗分別為15.65、16.7和18.34Ω，界面膜阻抗Rsei分別為1.335、1.495和1.558Ω，差別并不大，但是電荷交換阻抗Rct分別為8.467、13.05和24.80Ω，高截止電壓下循環(huán)的電池的電荷交換阻抗出現(xiàn)了明顯的增加，這主要是因為電極界面惰性層的增厚影響了Li+在正負極界面的傳遞。

ZiwenWu的研究表明隨著充電截止電壓的提升單晶NCM523/石墨電池的容量、電壓平臺和能量密度有所提升，但是倍率性能、高低溫放電和存儲性能有一定程度的劣化，充電截止電壓對于電池在前800次的循環(huán)性能沒有顯著的影響，但是在800次后充電截止電壓對于循環(huán)壽命的影響開始顯現(xiàn)出來，充電截止電壓較高的電池衰降速度要明顯更快。