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作者信息及文章摘要

中國(guó)科技大學(xué)的談鵬課題組（第一作者 Zhiyuan Zhang）通過(guò)探究外部壓力對(duì)硅負(fù)極鋰電池的極化以及循環(huán)性能的影響，發(fā)現(xiàn)合適的外部壓力可以減小電芯循環(huán)過(guò)程的極化，而且在電池循環(huán)過(guò)程中施加階梯式的外部壓力，可以顯著提升循環(huán)壽命。該研究結(jié)果可作為以硅基負(fù)極為主的鋰離子電池容量提升的一種有效策略，指導(dǎo)電池包的工藝設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)方案

1.電芯設(shè)計(jì)體系和充放電條件：如下表所示。

2.高精度原位膨脹表征設(shè)備：采用元能科技的IEST-SWE2100原位膨脹設(shè)備，對(duì)電芯施加精準(zhǔn)外部壓力和檢測(cè)厚度膨脹。

圖文賞析

作者通過(guò)改變施加在電芯表面的外部壓力，探究對(duì)充放電過(guò)程的極化影響，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增大，微分容量曲線的峰位先左移后右移，其中0.02MPa對(duì)應(yīng)的電芯極化最小，說(shuō)明該壓力是最適合的測(cè)試條件。

繼續(xù)探究施加0.02MPa外部壓力下的電芯循環(huán)壽命。隨著循環(huán)的進(jìn)行，電芯的膨脹厚度趨勢(shì)有三個(gè)階段：快速增長(zhǎng)，緩慢增長(zhǎng)，快速增長(zhǎng)。這種現(xiàn)象與容量衰減趨勢(shì)是對(duì)應(yīng)的。

結(jié)合CT和SEM分析電芯老化前后的厚度差異，發(fā)現(xiàn)電芯不同位置由于束縛力的不同，厚度膨脹也會(huì)有差異，電芯老化后，出現(xiàn)電解液干涸、顆粒之間接觸變差、副反應(yīng)增多等現(xiàn)象，這些都會(huì)造成電芯的極化增大以及容量損失。

作者基于以上分析，開(kāi)發(fā)了一種提升電芯循環(huán)壽命的方式，在電芯循環(huán)過(guò)程中，不斷提升外部施加壓力，可以使電芯容量有一定程度回彈。隨著循環(huán)的進(jìn)行，電解液分解產(chǎn)氣嚴(yán)重、顆粒膨脹間隙增大、副反應(yīng)增多，通過(guò)加載越來(lái)越大的壓力可以減緩容量損失，相比施加固定的0.02MPa壓力，階梯加力的方式使電芯的容量保持率從原來(lái)的80%提升至85%。

總結(jié)

通過(guò)探究外部壓力對(duì)硅負(fù)極鋰電池的極化以及循環(huán)性能的影響，發(fā)現(xiàn)合適的外部壓力可以減小電芯循環(huán)過(guò)程的極化，而且在電池循環(huán)過(guò)程中施加階梯式的外部壓力，可以顯著提升循環(huán)壽命。該研究結(jié)果可作為以硅基負(fù)極為主的鋰離子電池容量提升的一種有效策略，指導(dǎo)電池包的工藝設(shè)計(jì)。

IEST元能科技相關(guān)測(cè)試設(shè)備推薦

SWE系列原位膨脹分析系統(tǒng)（IEST元能科技）：利用高度穩(wěn)定且可靠的自動(dòng)化平臺(tái)，搭載高精測(cè)厚傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯整個(gè)充放電過(guò)程的厚度變化量和變化速率的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)如下功能：

1.恒壓力條件測(cè)試電池膨脹厚度曲線；

2.恒間隙條件下測(cè)試電池膨脹力曲線；

3.電池壓縮性能測(cè)試：應(yīng)力應(yīng)變曲線-壓縮模量；

4.電池膨脹力分步測(cè)試；

5.不同溫度控制：-20~80℃。

文獻(xiàn)原文

Zhiyuan Zhang, Xueyan Li, Lili Gong,Yang Li, Jiaqian Qin, and Peng Tan.Performance of Lithium-Ion Pouch Cells with Silicon Composite Anodes under External Mechanical Pressure. Energy Fuels 2023, 37, 9713?9721.