陈莹, 栾伟玲, 陈浩峰, 朱轩辰

无机材料学报 2022, 37 (8): 918-924. DOI:10.15541/jim20210777

摘要（601）

HTML （29）

PDF（pc）（6380KB）（834）

锂离子电池已广泛应用于动力和储能领域, 电池寿命是影响其进一步发展的关键因素。循环充放电过程中的电化学-力学多场耦合作用会导致正极材料发生机械损伤累积, 降低电极材料的结构稳定性并形成多尺度损伤, 从而缩短电池循环充放电寿命。本文通过总结团队在三元正极材料多尺度失效行为方面的研究成果, 系统介绍了不同尺度下实验与模拟相结合的电极材料损伤分析方法, 旨在为不同尺度下选取损伤分析方法提供参考。基于电化学循环实验表征、扩展有限元分析法(XFEM)、线性匹配法(LMM)等研究手段, 深入分析了电极材料在多尺度下的力学损伤机理。研究工作为电极材料的多尺度失效行为分析及结构改性提供了重要指导。

为探究正极材料的失效行为, 对NCM523/Li扣式半电池循环至失效后拆解进行正极材料的离位SEM表征。研究发现正极材料NCM523多次电化学循环后, 在电化学-力学耦合作用下引起的扩散诱导应力使得NCM523发生了多尺度损伤, 出现正极活性材料内部裂纹、活性颗粒破裂或与粘接剂脱粘、活性层与集流体分层等现象(图1)。