作者信息及文章摘要

中国科技大学的谈鹏课题组（第一作者 Zhiyuan Zhang）通过探究外部压力对硅负极锂电池的极化以及循环性能的影响，发现合适的外部压力可以减小电芯循环过程的极化，而且在电池循环过程中施加阶梯式的外部压力，可以显著提升循环寿命。该研究结果可作为以硅基负极为主的锂离子电池容量提升的一种有效策略，指导电池包的工艺设计。

试验方案

1.电芯设计体系和充放电条件：如下表所示。

2.高精度原位膨胀表征设备：采用元能科技的IEST-SWE2100原位膨胀设备，对电芯施加精准外部压力和检测厚度膨胀。

图文赏析

作者通过改变施加在电芯表面的外部压力，探究对充放电过程的极化影响，发现随着压力的增大，微分容量曲线的峰位先左移后右移，其中0.02MPa对应的电芯极化最小，说明该压力是最适合的测试条件。

继续探究施加0.02MPa外部压力下的电芯循环寿命。随着循环的进行，电芯的膨胀厚度趋势有三个阶段：快速增长，缓慢增长，快速增长。这种现象与容量衰减趋势是对应的。

结合CT和SEM分析电芯老化前后的厚度差异，发现电芯不同位置由于束缚力的不同，厚度膨胀也会有差异，电芯老化后，出现电解液干涸、颗粒之间接触变差、副反应增多等现象，这些都会造成电芯的极化增大以及容量损失。

作者基于以上分析，开发了一种提升电芯循环寿命的方式，在电芯循环过程中，不断提升外部施加压力，可以使电芯容量有一定程度回弹。随着循环的进行，电解液分解产气严重、颗粒膨胀间隙增大、副反应增多，通过加载越来越大的压力可以减缓容量损失，相比施加固定的0.02MPa压力，阶梯加力的方式使电芯的容量保持率从原来的80%提升至85%。

总结

通过探究外部压力对硅负极锂电池的极化以及循环性能的影响，发现合适的外部压力可以减小电芯循环过程的极化，而且在电池循环过程中施加阶梯式的外部压力，可以显著提升循环寿命。该研究结果可作为以硅基负极为主的锂离子电池容量提升的一种有效策略，指导电池包的工艺设计。

IEST元能科技相关测试设备推荐

SWE系列原位膨胀分析系统（IEST元能科技）：利用高度稳定且可靠的自动化平台，搭载高精测厚传感器，实现对电芯整个充放电过程的厚度变化量和变化速率的测量，可实现如下功能：

1.恒压力条件测试电池膨胀厚度曲线；

2.恒间隙条件下测试电池膨胀力曲线；

3.电池压缩性能测试：应力应变曲线-压缩模量；

4.电池膨胀力分步测试；

5.不同温度控制：-20~80℃。

文献原文

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.