锂离子电池负极的实时应力测量

通过晶圆曲率法，测量了基于石墨的锂离子电池负极在电解液润湿和电化学循环过程中的实时应力演化。加入电解液后，由于粘结剂溶胀，复合电极迅速产生量级为 1-2 MPa 的压应力；随着持续暴露，应力继续演化至一个明显的平台期。在慢速电化学嵌锂过程中，压应力随电极的荷电状态增加而增大，最大值达到 10 - 12 MPa。应力上升速率与锂化石墨的阶化行为之间似乎存在近似相关性。慢速脱锂导致电极应力呈类似的线性下降。在前几个循环的脱锂结束时会产生几 MPa 的拉应力，此后电极仅处于压应力状态。虽然在高倍率（C-rates）下观察到更高的峰值应力，但其依赖性相对较弱（高达 5C）。这些测量首次揭示了实用锂离子电池电极中应力演化的本质，并提供了有用的数据来量化复合电极在重复循环中累积机械损伤的驱动力。虽然所报道的结果可作为校准理论和计算模型以预测电极应力和损伤演化的参考，但所展示的方法可用于测量任何复合锂离子电池电极的应力并表征其疲劳损伤，以及优化其微观结构以减轻与应力相关的损伤机制。