充放電條件下LiCoO2電池正負(fù)極多層材料粘結(jié)強(qiáng)度及殘余應(yīng)力測(cè)試分析.pdf

1、鋰離子電池憑借其高能量密度、高電壓、污染小等顯著優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。然而，在電化學(xué)循環(huán)過程中，鋰離子電池會(huì)因?yàn)椴煌姆蹢l件而產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，嚴(yán)重影響到電池的電化學(xué)性能和安全性能。因此，在使用過程中實(shí)時(shí)測(cè)量鋰離子電池變形場(chǎng)的演變過程，研究不同循環(huán)次數(shù)后正負(fù)極活性材料的力學(xué)行為變化具有十分重要的意義。本文搭建了一套基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法的鋰離子電池表面變形場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，在使用過程中實(shí)時(shí)測(cè)量了鋰離子電池變形場(chǎng)的演變過程，研究了不

2、同循環(huán)次數(shù)后正負(fù)極活性材料的粘結(jié)強(qiáng)度和殘余應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律，具體工作內(nèi)容如下：
　　第一，自主設(shè)計(jì)搭建了一套基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法的鋰離子電池表面變形場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)。利用該測(cè)試系統(tǒng)，在1C、0.8 C充放電倍率的前5次充放電循環(huán)過程中，實(shí)時(shí)原位測(cè)試了軟包鋰離子電池表面變形場(chǎng)的演變過程。實(shí)驗(yàn)表明，在不同充放電狀態(tài)下，鋰離子電池表面X方向、7方向和Z方向上的位移產(chǎn)生明顯變化，且隨著充放電倍率增大而增大。在每一個(gè)充電周期中完全放電和充滿時(shí)，

3、電池表面位移分別達(dá)到最小值和最大值。鋰離子電池表面在Z方向上的位移變化較X方向、7方向上變化明顯更大，最大值約為249.6 pm。
　　第二，測(cè)試了不同循環(huán)次數(shù)下鋰離子電池正負(fù)極與集流體界面粘結(jié)強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，無論是LiCoCh正極材料還是石墨負(fù)極材料，電極材料和集流體界面粘結(jié)強(qiáng)度隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加而減小。在0次、50次、100次、150次和200次循環(huán)狀態(tài)下，LiCo02正極材料與鋁箔集流體間的粘結(jié)強(qiáng)度分別為83

4、9.66 kPa、401.65 kPa、230.42 kPa、184.57 kPa和132.62 kPa;石墨負(fù)極材料與銅箔集流體間的粘結(jié)強(qiáng)度分別為284.58 kPa、183.16 kPa、173.67 kPa、129.11 kPa和55.92 kPa。同一充放電循環(huán)次數(shù)下，正極材料與鋁箔集流體間的粘結(jié)強(qiáng)度均高于負(fù)極材料與銅箔集流體的粘結(jié)強(qiáng)度。同時(shí)運(yùn)用自主調(diào)試的力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀測(cè)了正負(fù)極材料與集流體截面斷裂的微觀演變過程。

5、r>　　第三，通過拉曼光譜技術(shù)對(duì)不同循環(huán)次數(shù)（0次、50次、100次、150次和200次循環(huán)）的石墨和LiCo02的應(yīng)力特點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試分析，同時(shí)觀測(cè)了在不同充放電循環(huán)次數(shù)狀態(tài)下LiCo02鋰離子電池正負(fù)極材料表面微觀形貌的變化過程。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過多次充放電循環(huán)后石墨表面總是產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，且壓縮應(yīng)力會(huì)隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加而增大，其影響不僅表現(xiàn)在石墨正極體積的變化，還導(dǎo)致石墨顆粒的破裂和脫落；然而在充放電過程中LiCo02正極殘余應(yīng)力很