卷绕式锂离子电池变形总结

卷绕式锂离子电池变形总结商业化卷绕式锂离子电池经过高温存储或循环后，厚度会增大6—20%。微观上，锂离子嵌入石墨中，形成碳锂化合物导致石墨晶格增大，宏观上为厚度增大。对于卷绕式电池，这将导致石墨颗粒出现微裂纹，电化学阻抗增大、性能恶化及变形等问题。石墨微观膨胀造成负极厚度膨胀、电芯厚度增大。为深入了解背后原理，作者很巧妙的在正极（LiCoO2）选取一个区域进行阻隔，阻止对应区域负极材料（C）嵌锂，通过对比嵌锂区和非嵌锂区的差别进行研究论证。EKtrochemicalswelingPh阙涮脚吕IngllllllllllllllllipillUlilil|FplillllHllinRI!F|EKtrochemicalswelingPh阙涮脚吕IngllllllllllllllllipillUlilil|FplillllHllinRI!F|iinniniliiuiiiririiiiiiilnmrinniiiiiiitiF.2.Anodejwellinc'attartu.lldnjirginj.ianodetilm：b.Sdiernjtooftlieds&n.itLciDxid£Jk：iiki£LunofthselE口rocbemtcimdphymcH£阔li咯负极膨胀主要分为两类：物理膨胀和化学膨胀物理膨胀：注入电解液后粘结剂等高分子材料发生溶胀对于物理膨胀，从开始的3.0%降低到循环后的-3.2%，这可能是由于高分子材料经过电解液的长时间浸泡，高分子链结构发生松弛。

T111o2恥m&肿凹。S-oakirbf?rnmi-(mitiure).=；•.罷里刼煜化学膨胀：负极在充电过程中产生的膨胀，包括晶格膨胀和电化学膨胀锂离子嵌入引起晶格膨胀，满电4.2V时，最大可达到7.1%，当放电至3.4v时，晶格膨胀将降至0%，说明晶格膨胀是可逆的。电化学膨胀是部分可逆的过程，从3.0V的0%增大到4.2V的14.2%，当电压降低到3.8V时，由于锂离子的脱嵌，厚度膨胀降低到9.6%，相对于晶格膨胀，当放电至3.4V时，电化学膨胀会残留6.5%的不可逆膨胀，这是由于随着石墨晶格膨，阳极膜形成及结构进行了调整，发生了永久性变化，无法恢复。

nq函<1AgriAH*PLm-AmHom.4E#nq函<1AgriAH*PLm-AmHom.4E#口一二0Am•:二占g直nd以上表明，化学膨胀和物理膨胀之间没有直接的关联性。膨胀变形机理将从微观，电极及电池几个角度进行分析。下图为SEI膜覆盖石墨的微观形貌，膨胀垂直于石墨平面，SEI膜整体膨胀是各向异性。下图为辊压后负极极片状态，经过辊压后，大部分石墨与集流体平行。石墨通过SBR被粘附在集流体上，因此，在膨胀过程中，铜箔和石墨之间不会发生明显相对位移。石墨颗粒紧密积压和堆积在一起，横向膨胀可忽略不计，这将导致垂直于集流体方向的独特膨胀，如下图箭头所示，膨胀增大到14%。下图为软包电芯经过充放电后的变形，其中边缘为铝塑膜固定，短边虚线圆圈处在充放电过程中不会发生移动和位移，长边由于无约束力，电极膜会表现出一种周期性的波浪形弯曲行为，导致电极之间形成多个间隙。弯曲取决于石墨颗粒内部应力的实际水平、负极的本征力学关系以及外界约束力。!!□叶it!!□叶it中的一惓塗阴眦的起生相时遇制电极之间多个间隙/空隙的出现，将会导致电解液无法有充分填充，从而导致电池在循环过程中容量急剧下降。为抑制