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由軟包鋰離子電池構(gòu)成的電池模塊中，電池堆疊是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。堆疊的軟包電池需要承受一定的壓力以對(duì)電池本體進(jìn)行必要的約束。前期研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在受壓狀態(tài)下卷繞式軟包鋰離子電池經(jīng)過(guò)多次充放電后極片會(huì)發(fā)生斷裂。本文將對(duì)這斷裂現(xiàn)象的機(jī)理和保護(hù)方法展開(kāi)研究。

鋰離子電池電極的斷裂與電池負(fù)極材料的膨脹和外部壓力有關(guān)。在電池充電和放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，與應(yīng)力有關(guān)的研究如下：當(dāng)鋰離子嵌入正極或負(fù)極時(shí)，鋰離子濃度的不均勻可能導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。因此，電極表面的拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致機(jī)械電極材料的降解。由于在電化學(xué)循環(huán)中鋰/鋰離子從活性材料中嵌入/脫出，擴(kuò)散引起的應(yīng)力是導(dǎo)致電極斷裂和疲勞失效的主要原因，所以電池內(nèi)部應(yīng)力的變化可能引起溶脹。

一般而言，在鋰嵌入和脫嵌過(guò)程中，由于體積膨脹引起的機(jī)械應(yīng)力可能發(fā)生在電極中。此外，反復(fù)體積膨脹會(huì)導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中電極材料的循環(huán)應(yīng)力。鋰離子電池中石墨復(fù)合電極循環(huán)充放電會(huì)導(dǎo)致電極周期性的體積變化，從而導(dǎo)致電極退化和容量衰減。在鋰離子電池的充電和放電過(guò)程中，陽(yáng)極和陰極材料在嵌入或脫嵌鋰時(shí)膨脹和收縮。石墨是最常用的負(fù)極材料，其體積膨脹率高達(dá)10％。在高容量陽(yáng)極材料如硅和錫中能觀察到更大(高達(dá)300％)的體積變化。

用封裝三元鋰電池組的壓力及在充放電過(guò)程中發(fā)生膨脹產(chǎn)生的壓力都對(duì)電池性能有很大的影響。在0～5000N的恒壓力下0.5C充放電，電池厚度的最大膨脹量為電池厚度的1.8%左右，電池容量隨著壓力的增加有所降低；在0～5000N保持恒變形進(jìn)行0.5C充放電，電池承受的壓力相對(duì)初始?jí)毫Φ淖兓癁?0%左右。5組卷繞工藝的軟包鋰離子電池施加不同的壓力進(jìn)行充放電，施加2kN以上壓力的電池經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)后極片發(fā)生斷裂；不加壓力的電池負(fù)極片產(chǎn)生大量的析鋰現(xiàn)象；施加1kN壓力的電池不僅能避免極片斷裂，還能在一定程度上抑制負(fù)極析鋰現(xiàn)象。

原標(biāo)題：軟包電池極片斷裂機(jī)理與防護(hù)措施！