鉅大LARGE | 點擊量：513次 | 2019年04月23日
鋰離子電池電極機械性能裂化分析
鋰離子電池極片的機械穩定性也是影響電池電化學性能、循環穩定性和安全性等的重要因素。
而電池中極片機械性能存在各種裂化現象，常見的機械性能裂化如上圖綜述所示，包括：
（1）正、負極電極材料顆粒裂紋；
（2）活性物質顆粒內部晶間破碎；
（3）正極表層分層失效；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（4）負極表面SEI破裂；
（5）正極活性物質相分離；
（6）鋰金屬等負極表面枝晶。
裂紋
電池在實際的使用過程中，活性顆粒常常經歷許多的不可逆的物理化學和機械過程，比如局部過度充放電，表面結構崩塌，不均勻電極/電解液界面，金屬溶解/沉淀，體積膨脹/收縮，局部溫度波動等。這些副反應之間的相互作用會導致活性顆粒內部機械或熱應力、電化學應力的累積，并進一步可誘發裂縫的產生。這種裂紋主要在應力集中以及顆粒薄弱點產生，比如顆粒表面，SEI膜，晶界等。
特別像硅基負極，在充電/放電周期內插入和脫出鋰時，體積變化達到270%，這個巨大的體積膨脹會導致硅顆粒的粉碎，以及涂層從銅集流體中分離。特別是，SEI膜會發生持續的斷裂再生成過程，不斷消耗鋰離子和活性物質，造成容量持續衰減，循環穩定性變差。
硅負極極片微結構機械穩定性改善工藝，內附充放電過程中電極裂紋的演變動畫
而顆粒內部產生的裂縫會導致顆粒之間接觸變差，顆粒完整性破壞，電子和離子傳輸路徑都會發生變化，導致擴散受限。結果表明，電子和離子在固相的擴散長度伴隨著裂縫的產生而增大。這又會進一步影響電化學反應，可能造成充放電局部不均勻，引起顆粒的二次裂紋。
表面結構變化與相分離
充放電過程中，電化學反應在電極表面發生，鋰離子從表面脫出或嵌入，多次循環之后活性顆粒表面會出現了十分顯著的相變，鋰離子脫出后可能伴隨金屬溶出，材料層狀結構會變成鹽巖相結構，并且這種相結構演變向顆粒內部擴展，形成內部相分離。
枝晶
在鋰離子電池的充電過程中，負極電位不斷變負，在一定條件下會引起金屬鋰在負極表面沉積的副反應。金屬鋰持續存在負極的表面，不僅會影響鋰離子電池的容量，還有可能會產生危害鋰離子電池安全的鋰枝晶。金屬鋰做負極時，枝晶更加嚴重，負極保護避免鋰枝晶成為金屬鋰電池的研究熱點。關于析鋰與鋰枝晶，以下是專題匯總：
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