充放電條件下LiCoO2電池整體變形實(shí)時(shí)測(cè)試及銅箔拉伸性能分析.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高、額定電壓高、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域和可再生能源領(lǐng)域。然而，在電化學(xué)循環(huán)過(guò)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(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量鋰離子電池變形場(chǎng)的演變過(guò)程對(duì)其設(shè)計(jì)及可靠性分析具有十分重要的意義。本文自主設(shè)計(jì)組裝了一套基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法的電池表面場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試了在1 C、0.8 C倍率下多次循環(huán)過(guò)程中，商業(yè)軟包LiCo

2、O2電池表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的實(shí)時(shí)演變過(guò)程；同時(shí)對(duì)不同倍率下多次循環(huán)后的負(fù)極集流體銅箔進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試，分析循環(huán)倍率和循環(huán)次數(shù)對(duì)銅箔集流體抗拉強(qiáng)度、彈性模量、延伸率的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一，自主設(shè)計(jì)組裝了一套基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法的電池表面場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)、原位地測(cè)量在不同循環(huán)條件下商業(yè)軟包 LiCoO2電池表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的演變過(guò)程，為研究在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中電池相關(guān)變形的測(cè)試，提供了良好的實(shí)驗(yàn)方法和可靠的實(shí)驗(yàn)設(shè)

3、備。
　　第二，應(yīng)用三維數(shù)字圖像相關(guān)法，測(cè)試了在1 C、0.8 C倍率下多次循環(huán)過(guò)程中，商業(yè)軟包LiCoO2電池表面變形場(chǎng)的實(shí)時(shí)演變過(guò)程。結(jié)果表明：在x方向、y方向和z方向上，電池表面的變形場(chǎng)會(huì)隨著荷電狀態(tài)、充放電次數(shù)、充放電倍率的變大而變大。在z方向上的位移變化較x方向、y方向上變化更大。在1 C、0.8 C倍率下循環(huán)50次后，在x方向上最大位移分別是23μm、10μm，在y方向上最大位移分別是35μm、29μm，在z方向上最大

4、位移分別達(dá)到194.8μm、174.6μm。其表面應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果表明：在1 C和0.8 C倍率下經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后，在第50次充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)，電池表面在x方向上的應(yīng)變、y方向上的應(yīng)變、最大主應(yīng)變分別為0.185％和0.132%、0.275%和0.146%、0.244%和0.185%。
　　第三，使用單軸拉伸試驗(yàn)方法，測(cè)試了1 C、0.8 C、0.5 C倍率下多次循環(huán)前后銅箔的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、延伸率的。結(jié)果表明：銅箔的抗拉強(qiáng)度、彈性模

5、量、延伸率都會(huì)隨循環(huán)次數(shù)和循環(huán)倍率的上升而下降。循環(huán)前銅箔的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、延伸率分別為256.5MPa、19.2GPa、4.14%，經(jīng)過(guò)1 C倍率55、150、200次循環(huán)后分別下降到218.9 MPa、12.9 GPa、2.79%，159.9 MPa、9.9 GPa、2.15%，134.5 MPa、8.8 GPa、1.61%；經(jīng)過(guò)0.8 C倍率55、150、200次循環(huán)后分別下降到231.2MPa、13.9GPa、3.06%，1