隨著電動車技術發展進入快充時代，鋰離子電池在高倍率充電下的安全與壽命挑戰日益嚴峻。其中最受關注的問題之一，就是「鋰析出」（Lithium Plating）現象——當充電電流過大或溫度偏低時，鋰離子無法有效嵌入負極，而是在石墨表面形成金屬態鋰，進一步引發容量退化、SEI層增厚，甚至可能導致內短路與熱失控。面對這類潛藏於微觀反應層級的安全風險，傳統鋰電池的二電極架構所能提供的電壓-容量資料無法獨立區分正負極行為，使得析鋰機制難以被準確辨識。此時，三電極測試架構的優勢便顯得格外重要。

解耦觀測電極行為，精準對焦析鋰區域

三電極系統透過引入一支不通電流的參考電極（Reference Electrode, RE），可穩定量測正極與負極相對於 RE 的電位，將原本耦合在一起的正極和負極的反應加以解構(如下圖一)。這樣的設計便於研究者獨立觀察正負極在快速充電過程中的電位偏移、極化行為、阻抗變化與電化學不穩定性，特別是針對負極是否出現異常電位下探至接近 0V vs. Li/Li⁺、極化增加，進而推估是否有鋰金屬析出跡象。

▲圖一、二電極電池與三電極電池系統架構示意圖

快充鋰析出機制研究：三電極系統的應用目標與解析需求

車廠與電芯廠的研究單位在進行三電極鋰析出（Lithium Plating）實驗時，主要目的是釐清鍍鋰的臨界條件與發生邊界。實驗常透過調變充電倍率、電壓截止點、操作溫度，或模擬實際工況下的充放電循環，誘發電池內部老化，並觀察負極相對於參考電極的電位變化。美國電化學會(The Electrochemical Society, ECS)期刊中，Wenlong Xie, Shichun Yang等人透過將鋰電池解隅成三電極電池進行不同C-rate下的快速充電[1]，觀察陽極電位在鋰析出程度上的差異(下圖二)。

▲圖二、CC-CV充電其中陽極上鋰析出過電動勢的演變示意圖

Chroma 三電極高精度測試方案：鋰析出研究的理想工具

Chroma 開發A172013電壓型數據紀錄器(如下圖三)，可為鋰析出的研究需求提供良好的測試解決方案。A172013內部採用24bit的ADC，搭配內建6個電壓檔位，最高可解析出µV級別的電壓變化，有效地辯證負電極的鋰析出發生邊界，並具備高達±0.015% of F.S.量測精度，保障長時間測試精準，同時一台單機集成了16個獨立量測通道，可同步進行資料擷取不延遲。搭配Chroma 17216M-10-6充放電測試系統，該機種內建6A/200mA/6mA/200µA 4個電流量測檔位，特別適用於實驗室型的鈕扣型、小型軟包、18650圓柱型等三電極電池。透過 Chroma 整合式測試平台，研究人員可精準辨識析鋰風險與衰退機制，進而優化的電池配方與設計。

▲圖三、17216M-10-6搭配A172013系統集成照

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[1]資料來源: Wenlong Xie, Shichun Yang, Journal of The Electrochemical Society, (170), 2023