近年來，“雙碳”目標成為全民共識，能源轉(zhuǎn)型深入推進，鋰離子電池作為重要的新能源技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生活日常，汽車、電腦、手機等都有鋰電池的存在。

當(dāng)前，鋰離子電池技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)。

鋰電池失控自燃引發(fā)的火災(zāi)事故頻發(fā)，給生命財產(chǎn)安全帶來危害。

（2024年6月，韓國電池工廠發(fā)生嚴重火災(zāi)，初步調(diào)查顯示鋰電池快速起火引發(fā)工廠火災(zāi)）

研制更安全、更高能、更低廉的電池技術(shù)，具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。

鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警主要是通過監(jiān)測電池溫度的變化和內(nèi)部氣體的產(chǎn)生。

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池在發(fā)生冒煙、燃燒甚至爆炸之前，其殼體會發(fā)生明顯的膨脹形變，電池內(nèi)部的壓力明顯變化。

也就是說，電池膨脹比氣體溢出發(fā)生得更早。

因此，展開研究鋰電池膨脹行為研究，總結(jié)造成鋰電池膨脹變形的原因，對于優(yōu)化鋰電池材料結(jié)構(gòu)安全性，開發(fā)鋰電池?zé)崾Э仡A(yù)警系統(tǒng)具有重要意義。

鋰電池膨脹的原因

01、可逆形變

在充電過程中，由正極材料發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生的鋰離子在電場力的作用下擴散至負極，并嵌入負極材料中，反應(yīng)過程如下所示：

鋰離子的嵌入與脫嵌對碳材料的影響更為突出，因此負極材料的體積變化大于正極材料，導(dǎo)致鋰電池在充電過程中發(fā)生體積膨脹，但是放電過程中，鋰離子又從負極材料中脫嵌，經(jīng)過隔膜，在電場力的作用下返回正極材料，隨后與材料上的電子結(jié)合，重新嵌入到正極材料中，使電池厚度變小。

在鋰電池的使用過程中，由于此反應(yīng)的存在，因此可以進行多次的充放電過程，因此此膨脹為可逆形變。

02、不可逆形變

研究表面，造成電池不可逆形變的原因可分為兩類：SEI膜的生成增厚、充放電副反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)氣膨脹。

電池在充放電的過程中，負極與電解液會發(fā)生不可逆的反應(yīng)，生成SEI膜，用于保護負極材料且不影響鋰離子通行，但SEI膜并不能夠完全阻止負極與電解液的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的逐漸進行，SEI會逐漸增厚，同樣導(dǎo)致了電池的不可逆形變。

鋰電池在充放電的過程，會在一定程度上發(fā)生一些副反應(yīng)，包括電解液的分解，電解液與水的反應(yīng)，產(chǎn)生CO2、H2、O2與烴類氣體，使電池的體積發(fā)生了不可逆形變。

03、壓力對電池的影響

此外，鋰電池通常以多塊電芯串并聯(lián)組成電池模組，需要用一定的壓力固定鋰電池，適當(dāng)?shù)膲毫梢允沟秒姵貎?nèi)部正負極極與隔膜之間接觸緊密，提升電池充放電反應(yīng)界面，降低電池內(nèi)阻與極化，從而使得電池的循環(huán)穩(wěn)定性與高倍率充放電性能得到提高。

壓力過低會使得電極反應(yīng)面積降低，反應(yīng)界面惡化，電池內(nèi)阻與極化提高，電池容量降低，在長循環(huán)后還會導(dǎo)致電極材料從集流體上脫落，嚴重影響電池壽命。

壓力過高會破環(huán)電極材料與隔膜的孔隙結(jié)構(gòu)，反應(yīng)界面惡化，電池內(nèi)阻增肌，從而造成電池容量的迅速衰減，嚴重時還會造成電池內(nèi)部短路，產(chǎn)生熱失控等的風(fēng)險。

因此，通過研究鋰電池正常充放電情況下的膨脹力變化，了解電池在不同條件下的膨脹特性，可以對電池結(jié)構(gòu)等方面進行設(shè)計與優(yōu)化，提高電池的安全性。對于電池的性能、安全性以及設(shè)計優(yōu)化等方面具有重要意義。

SFT-3000 原位膨脹力測試儀

產(chǎn)品應(yīng)用：材料評估、析鋰分析、電芯結(jié)構(gòu)評估、工況評估

技術(shù)特點：

多種電池形態(tài)、多種測試模式 、多種電池夾具

配合充放電系統(tǒng)實現(xiàn)原位測量

配合阻抗測試儀評估電池系統(tǒng)

集成化軟件系統(tǒng)實現(xiàn)多參數(shù)耦合測量

技術(shù)背景

SFT-3000原位膨脹力測試儀高度集成了電池充放電、溫控箱體、膨脹測試等多個模塊，能夠在電池充放電工況下，進行多種測試模式下的，不同形態(tài)電池的膨脹行為評估，為電極材料研發(fā)和膨脹機理的分析研究提供真實可靠的數(shù)據(jù)支持。