基于数字图像相关技术锂离子电池电极力-化耦合性能原位表征分析

【作者】 戴翠英； 王卓； 李彩生； 朱晓雪； 毛卫国；

【机构】 湘潭大学材料科学与工程学院； "薄膜材料与器件"湖南省重点实验室；

【摘要】 活性材料随着锂离子嵌入/脱出而发生的体积变形导致电极力学结构失效成为制约新型高容量、高功率锂离子电池实际应用的关键因素之一。近年来,如何在充放电过程中原位可视化表征电极的多场耦合问题已受到广泛的关注。基于数字图像相关技术,在充放电过程中研究了锂离子电池电极的力学一化学耦合问题。首先设计了适用于非接触式原位实时光学变形测试的锂离子半电池模具,发展了一套基于数字图像相关技术的测试装置,原位表征了双层硅碳复合阳极、自支撑五氧化二钒阴极表面位移/应变场的演变规律;系统地分析了在锂离子嵌入/脱出过程中两种电极表面应变的变化特性与电极电化学性能(电压/容量)、电化学过程(相变)的关联;发展了热-化-力学耦合多场的本构模型,进一步分析了在充放电过程中电极平面应力的变化特征。这些结果为进一步揭示电极力学-化学耦合失效机理、优化锂离子电池结构的优化设计提供了有效的实验依据。更多还原