锂离子电池的劣化:力-电化学耦合机理与模型

锂离子电池在充放电循环过程中会不可避免地发生容量衰减,这种性能劣化现象普遍存在,且符合人们的日常认知.然而,显而易见的电池劣化现象背后的机理则是相当复杂.本文首先分别从颗粒尺度和电极尺度入手,对锂离子电池的多尺度-多场-多过程的力-电化学耦合劣化机理进行了梳理,其中对固态电池的劣化进行了单独的讨论.进一步地,本文梳理了用以描述锂离子电池力-电化学耦合劣化行为的劣化模型.需要指出的是,由于电池劣化机理的复杂性和外部可测量的稀缺性,建立劣化模型是具有挑战性的,且目前仍存在巨大的研究空白.基于此,本文提出了一种双向劣化模型的设想,融合物理模型和数据模型,以具有一定物理意义的内变量为纽带,建立围绕内变量的“力学行为-内变量-劣化行为”完整映射,为客观、准确地描述和预测电池劣化行为提供新思路.

任意方向可弯的锂离子电池压印柔性厚电极

提出半固化电极的机械压印方法制备锂离子电池压印柔性厚电极,兼顾了厚电极的高储能性能和高柔性.在基本不改变锂离子电池电极传统湿法制备工艺的前提下,在电极干燥阶段引入机械压印步骤,从而在数百微米厚的电极中构建网络通道结构,使电极获得了任意方向可弯的能力.进一步,基于有限元分析给出压印厚电极在不同弯曲方向下的临界弯曲半径.此外,压印引入的网络通道结构提升电极内的离子传输效率,使全电池实验中压印厚电极在高倍率下的电化学性能显著优于常规厚电极,且电池在弯曲状态下拥有良好且稳定的电化学性能.研究结果为高性能多功能储能电池的研发提供了基于电极结构设计的新思路.