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化成是電池生產(chǎn)過程必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，在化成過程中，負(fù)極界面先形成SEI，然后鋰離子穿過SEI嵌入負(fù)極顆粒內(nèi)部，這兩個過程都會引起負(fù)極的厚度膨脹，而形成SEI會伴隨有氣體的產(chǎn)生，造成電池體積發(fā)生膨脹，由于電池化成時會使用夾具給極片部分施加一定的壓力，因此產(chǎn)生的氣體會被擠壓到電池側(cè)邊的空鋁塑膜袋中。硅碳負(fù)極在化成時，同樣會因為成膜和嵌鋰過程使電池的厚度明顯增加，且由于硅負(fù)極的體積膨脹較大，電池整體膨脹厚度會隨著硅含量的增高而增高。本文對注液后的電池進行恒壓力條件下的厚度膨脹測試，觀察不同硅碳比例的負(fù)極膨脹行為。

 圖1.不同比例Si/C復(fù)合電極膨脹對比

1.實驗設(shè)備與測試方法

1.1實驗設(shè)備：原位膨脹分析儀，型號SWE2110（IEST元能科技），設(shè)備外觀如圖2所示。

1.2測試流程

1.2.1電芯信息如表1所示。

表1. 測試電芯信息

1.2.2  化成流程：25℃ Rest 5min; 0.01C CC 2min， 0.1C CC to 3.9V。

1.2.3 電芯厚度膨脹測試：將待測電芯放入設(shè)備對應(yīng)通道，開啟MISS軟件，設(shè)置各通道對應(yīng)電芯編號和采樣頻率參數(shù)，軟件自動讀取電芯厚度、厚度變化量、測試溫度、電流、電壓、容量等數(shù)據(jù)。

2.原位分析硅碳體系電芯化成膨脹行為

圖3（a）為電芯化成時的充電曲線以及厚度膨脹曲線，在充電過程中，電芯的厚度逐步增加，這主要與化成過程的成膜及負(fù)極嵌鋰有關(guān)，硅含量高的800Si/C的總膨脹厚度要大于硅含量低的450Si/C的膨脹厚度。對比圖3（b）中的微分容量曲線和厚度膨脹曲線，在出現(xiàn)峰的位置，厚度曲線也明顯出現(xiàn)了拐點，硅含量高的800Si/C的嵌鋰電位要早于450Si/C，且峰強也大于450Si/C，這說明負(fù)極中硅含量越高，鋰離子在嵌入負(fù)極形成LixSi合金導(dǎo)致的膨脹越大，且會影響石墨的嵌鋰相變電位。

圖3 電芯化成曲線以及厚度膨脹曲線

3.總結(jié)

本文采用原位膨脹分析儀（SWE）對不同克容量的硅碳體系電芯進行化成過程厚度膨脹分析，發(fā)現(xiàn)隨著硅碳負(fù)極克容量的增大，電芯的膨脹厚度也增大，這主要與形成硅碳合金時硅結(jié)構(gòu)膨脹有關(guān)，研發(fā)人員應(yīng)合理調(diào)控硅碳比例及修飾硅基材料結(jié)構(gòu)來抑制結(jié)構(gòu)膨脹。

參考文獻

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