LFP软包电芯原位膨胀分析-不同荷电状态
锂离子软包电池在充放电过程中，随着锂离子在正负极材料中的脱嵌反应，正负极的厚度会发生一定程度的膨胀或收缩，从而使电池整体表现出膨胀或收缩的现象。不同充电状态时，锂离子在正负极的分布不同，对应的电池的膨胀厚度也不同，同时电池的内阻及压缩性能也有差异。本文采用原位膨胀分析仪（SWE）结合电化学工作站对软包LFP/Graphite电芯（理论容量3Ah）进行不同荷电状态的膨胀厚度变化测试，对比分析电芯膨胀及内阻性能。
图1.LFP材料充放电示意图
1.2测试参数：
1.2.1电芯信息如表1所示。
表1.电芯信息
1.2.2测试流程：分别对0%SOC、50%SOC、100%SOC的三个平行样电芯进行压缩测试及电化学阻抗谱测试，同时，对另一个平行样电芯采用1C倍率充放电一圈，同步监控膨胀厚度变化曲线。
分别对三个荷电状态的电芯进行压缩实验，压缩流程如图4（a）所示，不断增加施加到电芯表面的压强直至1.8MPa后，保压5分钟，再按照一定的速率完全卸压，同步采集电池的厚度压缩量，如图4（b）所示，随着荷电量的增加，电池被压缩的最大厚度百分比也逐渐增加，但50%SOC与100%SOC状态的两个电芯压缩性能相差不大，卸压后，0%SOC电芯的不可逆压缩厚度均小于其他两个状态的电芯。以上现象说明在电芯充电过程中，锂离子不断嵌入负极石墨层间后，电池的弹性性能更好，更易被压缩，但这种压缩存在更多的不可逆性。
图4.电芯压缩测试曲线和应力应变曲线
分别对三个荷电状态的电芯进行电化学阻抗谱测试，如图5所示，随着荷电量的增加，电芯的电子电阻均减小，且50%与100%SOC两个电芯的电子电阻较接近，但三种状态电芯的离子电阻相比，50%SOC的离子电阻最小，这也与通常认知的电芯内阻随SOC增加为“浴盆曲线”趋势一致。以上说明随着充电过程电芯厚度逐渐增加，电芯的内阻是先减小后增加的趋势。
图5.电芯电化学阻抗谱曲线
2. RichardSim, Steven Lee, Wangda Li, and Arumugam Manthiram. Influence of Calendering onthe Electrochemical Performance of LiNi0.9Mn0.05Al0.05O2 Cathodes inLithium-Ion Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 42898−42908.
