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由軟包鋰離子電池構(gòu)成的電池模塊中，電池堆疊是常見的結(jié)構(gòu)形式。堆疊的軟包電池需要承受一定的壓力以對電池本體進行必要的約束。前期研究過程中發(fā)現(xiàn)，在受壓狀態(tài)下卷繞式軟包鋰離子電池經(jīng)過多次充放電后極片會發(fā)生斷裂。本文將對這斷裂現(xiàn)象的機理和保護方法展開研究。

鋰離子電池電極的斷裂與電池負極材料的膨脹和外部壓力有關(guān)。在電池充電和放電過程中會產(chǎn)生應(yīng)力，與應(yīng)力有關(guān)的研究如下：當鋰離子嵌入正極或負極時，鋰離子濃度的不均勻可能導致應(yīng)力的產(chǎn)生。因此，電極表面的拉應(yīng)力會導致裂紋的擴展，從而導致機械電極材料的降解。由于在電化學循環(huán)中鋰/鋰離子從活性材料中嵌入/脫出，擴散引起的應(yīng)力是導致電極斷裂和疲勞失效的主要原因，所以電池內(nèi)部應(yīng)力的變化可能引起溶脹。

一般而言，在鋰嵌入和脫嵌過程中，由于體積膨脹引起的機械應(yīng)力可能發(fā)生在電極中。此外，反復體積膨脹會導致循環(huán)過程中電極材料的循環(huán)應(yīng)力。鋰離子電池中石墨復合電極循環(huán)充放電會導致電極周期性的體積變化，從而導致電極退化和容量衰減。在鋰離子電池的充電和放電過程中，陽極和陰極材料在嵌入或脫嵌鋰時膨脹和收縮。石墨是最常用的負極材料，其體積膨脹率高達10％。在高容量陽極材料如硅和錫中能觀察到更大(高達300％)的體積變化。

用封裝三元鋰電池組的壓力及在充放電過程中發(fā)生膨脹產(chǎn)生的壓力都對電池性能有很大的影響。在0～5000N的恒壓力下0.5C充放電，電池厚度的最大膨脹量為電池厚度的1.8%左右，電池容量隨著壓力的增加有所降低；在0～5000N保持恒變形進行0.5C充放電，電池承受的壓力相對初始壓力的變化為40%左右。5組卷繞工藝的軟包鋰離子電池施加不同的壓力進行充放電，施加2kN以上壓力的電池經(jīng)過2000次循環(huán)后極片發(fā)生斷裂；不加壓力的電池負極片產(chǎn)生大量的析鋰現(xiàn)象；施加1kN壓力的電池不僅能避免極片斷裂，還能在一定程度上抑制負極析鋰現(xiàn)象。

原標題：軟包電池極片斷裂機理與防護措施！