AEM：外压对大尺寸方形锂离子电池老化的影响

为减少生态足迹并延长锂离子电池（LIBs）的寿命，有必要了解电池在循环过程中的老化现象。

德国弗劳恩霍夫电动汽车研发中心Guinevere A. Giffin等采用事后分析法研究了有外压和无外压的纯电动汽车（BEVs）方形电池超过7000次的循环测试，揭示了不同的老化现象。

图1. 在这项工作中进行的实验

在这项工作中作者引入了机械健康状态（机械SOH）作为电极因机械效应而退化的指标。研究显示，外压方形电池在老化测试期间表现出增强的循环性能，与无外压电池相比，在900次循环后达到80% SOH 的阈值。

这一结果证明了外压的重要性，更具体地说，是LIBs的均匀压力分布。在该老化测试期间，外压电池的电池厚度变化≈2.5%，而无外压电池膨胀≈17.5%。这种膨胀与镀锂、电极分层和电极膨胀有关。

图2. 不同电池在加速老化试验期间的电池性能

进一步的循环后研究表明，对于外压电池，正极的形态和结构退化（例如颗粒破裂和阳离子混合）是其电池性能降低的主要原因，而负极对性能损失的影响较小。相反，对于无外压电池，负极对容量损失的影响明显增加，这是由于电极内组件之间的接触不足，负极容易发生镀锂。

这与实验室测试得到的结论（即导致BEV方形电池容量下降的主要因素是锂库存的损失）不太一样。一种解释是与锂化状态下的石墨（≈100 GPa）相比，多晶NCM的杨氏模量（≈200 GPa）更高。高模量与体积膨胀相结合造成应力，从而导致颗粒内部开裂。因此，外压导致正极材料的机械SOH降低，但整个电池的老化更均匀，局部降解更少。

图3. 循环后的电极和隔膜的照片

Impact of Bracing on Large Format Prismatic Lithium-Ion Battery Cells during Aging. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102448