鋰離子電池極片的機(jī)械穩(wěn)定性也是影響電池電化學(xué)性能、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性等的重要因素。

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鋰離子電池電極機(jī)械性能裂化

而電池中極片機(jī)械性能存在各種裂化現(xiàn)象，常見的機(jī)械性能裂化如上圖綜述所示，包括：

（1）正、負(fù)極電極材料顆粒裂紋；

（2）活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部晶間破碎；

（3）正極表層分層失效；

（4）負(fù)極表面SEI破裂；

（5）正極活性物質(zhì)相分離；

（6）鋰金屬等負(fù)極表面枝晶。

裂紋

電池在實(shí)際的使用過程中，活性顆粒常常經(jīng)歷許多的不可逆的物理化學(xué)和機(jī)械過程，比如局部過度充放電，表面結(jié)構(gòu)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(dòng)等。這些副反應(yīng)之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致活性顆粒內(nèi)部機(jī)械或熱應(yīng)力、電化學(xué)應(yīng)力的累積，并進(jìn)一步可誘發(fā)裂縫的產(chǎn)生。這種裂紋主要在應(yīng)力集中以及顆粒薄弱點(diǎn)產(chǎn)生，比如顆粒表面，SEI膜，晶界等。

特別像硅基負(fù)極，在充電/放電周期內(nèi)插入和脫出鋰時(shí)，體積變化達(dá)到270%，這個(gè)巨大的體積膨脹會(huì)導(dǎo)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(huì)發(fā)生持續(xù)的斷裂再生成過程，不斷消耗鋰離子和活性物質(zhì)，造成容量持續(xù)衰減，循環(huán)穩(wěn)定性變差。

而顆粒內(nèi)部產(chǎn)生的裂縫會(huì)導(dǎo)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(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致擴(kuò)散受限。結(jié)果表明，電子和離子在固相的擴(kuò)散長度伴隨著裂縫的產(chǎn)生而增大。這又會(huì)進(jìn)一步影響電化學(xué)反應(yīng)，可能造成充放電局部不均勻，引起顆粒的二次裂紋。

表面結(jié)構(gòu)變化與相分離

充放電過程中，電化學(xué)反應(yīng)在電極表面發(fā)生，鋰離子從表面脫出或嵌入，多次循環(huán)之后活性顆粒表面會(huì)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)會(huì)變成鹽巖相結(jié)構(gòu)，并且這種相結(jié)構(gòu)演變向顆粒內(nèi)部擴(kuò)展，形成內(nèi)部相分離。

枝晶

在鋰離子電池的充電過程中，負(fù)極電位不斷變負(fù)，在一定條件下會(huì)引起金屬鋰在負(fù)極表面沉積的副反應(yīng)。金屬鋰持續(xù)存在負(fù)極的表面，不僅會(huì)影響鋰離子電池的容量，還有可能會(huì)產(chǎn)生危害鋰離子電池安全的鋰枝晶。金屬鋰做負(fù)極時(shí)，枝晶更加嚴(yán)重，負(fù)極保護(hù)避免鋰枝晶成為金屬鋰電池的研究熱點(diǎn)。