鋰離子軟包電池在充放電過程中，隨著鋰離子在正負極材料中的脫嵌反應，正負極的厚度會發生一定程度的膨脹或收縮，從而使電池整體表現出膨脹或收縮的現象。不同充電狀態時，鋰離子在正負極的分佈不同，對應的電池的膨脹厚度也不同，同時電池的內阻及壓縮效能也有差異。本文采用原位膨脹分析儀（SWE）結合電化學工作站對軟包LFP/Graphite電芯（理論容量3Ah）進行不同荷電狀態的膨脹厚度變化測試，對比分析電芯膨脹及內阻效能。

圖1

。LFP材料充放電示意圖

實驗裝置與測試方法

1。1測試裝置：原位膨脹分析儀，型號SWE2100（IEST元能科技），可施加壓力範圍50~10000N，可調控溫度-20℃~80℃，如圖2所示。

圖2

。原位膨脹分析儀示意圖

1。2測試引數：

1。2。1電芯資訊如表1所示。

表1。電芯資訊

1。2。2測試流程：分別對0%SOC、50%SOC、100%SOC的三個平行樣電芯進行壓縮測試及電化學阻抗譜測試，同時，對另一個平行樣電芯採用1C倍率充放電一圈，同步監控膨脹厚度變化曲線。

結果分析

對軟包LFP/Graphite電芯進行充放電一圈的膨脹厚度測試，結果如圖3所示，電芯在滿充狀態對應的最大厚度膨脹百分比約1%，滿放後有約0。02%的不可逆厚度膨脹。

圖3.

電芯充放電曲線和膨脹曲線

分別對三個荷電狀態的電芯進行壓縮實驗，壓縮流程如圖4（a）所示，不斷增加施加到電芯表面的壓強直至1。8MPa後，保壓5分鐘，再按照一定的速率完全卸壓，同步採集電池的厚度壓縮量，如圖4（b）所示，隨著荷電量的增加，電池被壓縮的最大厚度百分比也逐漸增加，但50%SOC與100%SOC狀態的兩個電芯壓縮效能相差不大，卸壓後，0%SOC電芯的不可逆壓縮厚度均小於其他兩個狀態的電芯。以上現象說明在電芯充電過程中，鋰離子不斷嵌入負極石墨層間後，電池的彈性效能更好，更易被壓縮，但這種壓縮存在更多的不可逆性。

圖4.

電芯壓縮測試曲線和應力應變曲線

分別對三個荷電狀態的電芯進行電化學阻抗譜測試，如圖5所示，隨著荷電量的增加，電芯的電子電阻均減小，且50%與100%SOC兩個電芯的電子電阻較接近，但三種狀態電芯的離子電阻相比，50%SOC的離子電阻最小，這也與通常認知的電芯內阻隨SOC增加為“浴盆曲線”趨勢一致。以上說明隨著充電過程電芯厚度逐漸增加，電芯的內阻是先減小後增加的趨勢。

圖5.

電芯電化學阻抗譜曲線

總結

本文采用原位膨脹分析儀（SWE）對LFP體系電芯在不同荷電狀態的電池進行原位膨脹厚度及壓縮效能和阻抗效能分析，結果發現隨著電芯荷電量的增加，電芯的厚度不斷增加，彈性效能逐漸增加，而電芯內阻表現出先減小後增加的趨勢。

參考文獻

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