作者信息及文章摘要

中國科技大學的談鵬課題組（第一作者 Zhiyuan Zhang）通過探究外部壓力對硅負極鋰電池的極化以及循環性能的影響，發現合適的外部壓力可以減小電芯循環過程的極化，而且在電池循環過程中施加階梯式的外部壓力，可以顯著提升循環壽命。該研究結果可作為以硅基負極為主的鋰離子電池容量提升的一種有效策略，指導電池包的工藝設計。

試驗方案

1.電芯設計體系和充放電條件：如下表所示。

2.高精度原位膨脹表征設備：采用元能科技的IEST-SWE2100原位膨脹設備，對電芯施加精準外部壓力和檢測厚度膨脹。

圖文賞析

作者通過改變施加在電芯表面的外部壓力，探究對充放電過程的極化影響，發現隨著壓力的增大，微分容量曲線的峰位先左移后右移，其中0.02MPa對應的電芯極化最小，說明該壓力是最適合的測試條件。

繼續探究施加0.02MPa外部壓力下的電芯循環壽命。隨著循環的進行，電芯的膨脹厚度趨勢有三個階段：快速增長，緩慢增長，快速增長。這種現象與容量衰減趨勢是對應的。

結合CT和SEM分析電芯老化前后的厚度差異，發現電芯不同位置由于束縛力的不同，厚度膨脹也會有差異，電芯老化后，出現電解液干涸、顆粒之間接觸變差、副反應增多等現象，這些都會造成電芯的極化增大以及容量損失。

作者基于以上分析，開發了一種提升電芯循環壽命的方式，在電芯循環過程中，不斷提升外部施加壓力，可以使電芯容量有一定程度回彈。隨著循環的進行，電解液分解產氣嚴重、顆粒膨脹間隙增大、副反應增多，通過加載越來越大的壓力可以減緩容量損失，相比施加固定的0.02MPa壓力，階梯加力的方式使電芯的容量保持率從原來的80%提升至85%。

總結

通過探究外部壓力對硅負極鋰電池的極化以及循環性能的影響，發現合適的外部壓力可以減小電芯循環過程的極化，而且在電池循環過程中施加階梯式的外部壓力，可以顯著提升循環壽命。該研究結果可作為以硅基負極為主的鋰離子電池容量提升的一種有效策略，指導電池包的工藝設計。

IEST元能科技相關測試設備推薦

SWE系列原位膨脹分析系統（IEST元能科技）：利用高度穩定且可靠的自動化平臺，搭載高精測厚傳感器，實現對電芯整個充放電過程的厚度變化量和變化速率的測量，可實現如下功能：

1.恒壓力條件測試電池膨脹厚度曲線；

2.恒間隙條件下測試電池膨脹力曲線；

3.電池壓縮性能測試：應力應變曲線-壓縮模量；

4.電池膨脹力分步測試；

5.不同溫度控制：-20~80℃。

文獻原文

Zhiyuan Zhang, Xueyan Li, Lili Gong,Yang Li, Jiaqian Qin, and Peng Tan.Performance of Lithium-Ion Pouch Cells with Silicon Composite Anodes under External Mechanical Pressure. Energy Fuels 2023, 37, 9713?9721.