实时AI提升全固态电池寿命

中粉固态电池01-04

关注中粉固态电池，洞悉行业技术前沿！【背景介绍】全固态锂金属电池因其高能量密度和安全性被视为下一代储能技术的有力竞争者。然而，锂枝晶生长引发的界面副反应导致电池健康状态（SOH）往往呈现非线性衰减：在经历初期的缓慢退化后，突然出现“拐点（Knee Point）”，随之发生容量跳水与失效。目前的电池管理系统（BMS）和主流AI方法多局限于“预测”SOH或剩余寿命，无法在电池运行时主动干预以延缓衰减。...

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AI）系统。该系统打通了电池测试设备与AI工作站的实时通讯，利用深度学习模型实时诊断电池内部状态，并基于强化学习动态调整快充策略。而且该方法不依赖于物理传感器，可以极大地降低商业化应用的成本。在全固态锂金属电池（NMC811正极/多层固态电解质/锂石墨负极）的验证中，该系统成功抑制了容量衰减的“拐点”，使电池在80% SOH下的循环寿命较固定策略对照组延长了265%（从723圈提升至1915圈），累积比能量提升250% 。这项工作不仅展示了智能控制在抑制界面副反应方面的显著效果，更为下一代BMS从“被动监测”向“主动控制”转型提供了概念验证。相关研究成果发表于国际顶级期刊Nature Communications，Mingyang Wang（王明阳）为本文第一作者。【内容表述】1. 实时AI闭环控制平台的构建：传统电池测试通常执行预设的固定程序，难以应对电池内部的动态变化。本工作实现了AI工作站与电化学测试台的双向实时通讯。每隔3个循环采集一次电压、电流数据，传送至AI模块进行推断，并即时下发下一阶段的充电策略（C-rate与截止电压）。作为概念验证，研究团队利用全固态电池在高倍率（15-20 C）下的快速响应特性，实现了高效的数据生成与模型迭代。图1 电池智能充电系统的实时人工智能2. 基于“形状成像”的电池状态感知：为了让AI理解复杂的电化学信号，研究人员提出了一种基于“形状成像（Shape Imaging）”方法。将每3个循环的电压、电流及容量数据分别映射为RGB图像的三个通道，保留了完整的时序特征与非线性信息 。深度神经网络被用于识别这些“形状图像”中蕴含的人类专家难以分辨的有关电池关键电化学反应的信号，将电池状态划分为三类：界面完整的稳定态（Stable）、副反应加速的过渡态（Transitional）以及界面严重破坏的衰减态（Decay）。其中，“过渡态”准确对应了“拐点”发生的关键时期，AI的识别准确率在测试集上达到了86%，为后续的精准控制提供了可靠依据。该准确率在未来更大规模的数据集上预计至少可达95%以上。图2 通过形状成像分析具有物理意义的电池状态识别3. 智能充电消除“拐点”与寿命提升：基于感知的状态，智能充电模块利用强化学习算法动态决策充电动作。实验结果显示，采用固定策略（如18C, 4.25V）的对照组电池在数百圈后出现明显的“拐点”，导致容量迅速跌落；而搭载实时AI的电池则成功避免了这一现象。在80% SOH标准下，AI控制的电池平均循环寿命达到1915圈，是对照组（723圈）的2.65倍 。即使在极端的快充条件下，AI也能通过在不同倍率和截止电压间灵活切换，使电池在“稳定态”与“过渡态”之间振荡，最大程度地避免电池过早进入“衰减态”，从而有效延缓了不可逆衰减的到来。图3 智能充电电池相对于基准控制电池的性能优势4. 机理揭示：拓宽电化学状态的探索空间为了揭示AI延寿的物理机制，研究人员对电压曲线进行了主成分分析（PCA）。结果表明，固定策略的电池在PCA空间中沿着一条狭窄、单向的轨迹迅速走向失效；而智能充电的电池则呈现出弥散的“带状”分布，覆盖了更广阔的状态空间。这表明AI通过动态策略引导电池探索了常规充电无法触及的路径，通过频繁的微调将处于“过渡态”边缘的电池拉回“稳定态”，从而避免了界面反应（如与Li、Ge、P、S、O等元素相关的化合两元或多元反应物）的局部过度积累与空洞形成。图4 智能充电在电池状态之间跳跃探索更宽的主成分空间来避免衰减【全文总结】针对全固态锂金属电池中“拐点”失效导致的寿命短板，该研究设计了一种通用的实时AI控制框架。通过该研究组独创的“形状成像”数据处理与强化学习决策，该系统在无先验物理知识的情况下，实现了对电池内部状态的精准感知与主动调控。实验证明，该方法能有效抑制枝晶诱发的界面副反应，将电池寿命延长并显著提升累积能量产出。这一“AI定义电池（Software-defined Battery）”的新范式，不仅适用于全固态电池，也为传统锂离子电池及未来智能BMS的发展提供了普适性的技术路径。【作者简介】","kind":"news","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1,"need_auth":false,"code":"91000000","status":"200"},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; 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