机械压力下锂离子电池的电-机械性能分析

作     者：李新 蒋维 梁年伯 赵伟 蔡雪 陈泽平 

作者机构：北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心 广东电网有限责任公司佛山供电局 

出 版 物：《电源学报》 (Journal of Power Supply)

年 卷 期：2024年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：南方电网科技项目资助(编号:GDKJXM20222604) 

主　　题：锂离子电池 电-机械特性 电化学阻抗谱 运行工况 

摘      要：本研究从全电池层面全面研究了施加机械压力对叠层软包锂离子电池的电学和机械性能的影响。基于自由膨胀和恒位移实验平台进行一系列电学-机械行为的表征实验。通过微分电压、膨胀位移和力曲线分析法建立了相变依赖的膨胀相图，有效地将电化学相变反应和膨胀特性关联起来。倍率对膨胀位移和力的影响集中在Stage 2-2L相变阶段，而初始预紧力将主要影响膨胀力的曲线拉伸量，而不影响膨胀曲线的形状，这主要归因于弹性模量的初始预紧力依赖性。电池作为复合多孔材料的组合体具有应力松弛的粘弹性特性，进一步发现应力松弛与SOC、倍率和初始预紧力等多种因素均具有一定关联性。对于电学特性，我们发现初始预紧力对最大可用容量、倍率容量和内阻的影响显著，实验结果表明，欧姆内阻随初始预紧力的增加而减小，但最大可用容量则相反，因此我们可以推断倍率容量的初始预紧力的依赖性是由最大可用容量所主导的。全方位的电-机械性能分析对电池在成组应用中起着关键作用。