隨著可持續(xù)能源需求的日益增長，鋰離子電池因其高能量密度、長使用壽命及較為成熟的技術(shù)，成為了當(dāng)今電動(dòng)汽車、可穿戴設(shè)備及可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中的核心儲(chǔ)能技術(shù)。然而，鋰離子電池在充放電過程中會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，其中包括電極材料顆粒的體積膨脹與收縮、應(yīng)力與應(yīng)變的積累等。這些變化不僅會(huì)影響電池的性能，如能量密度、循環(huán)壽命和安全性，還可能導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)的破壞。
在鋰離子電池的充放電過程中，電極材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致顆粒內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。應(yīng)力的來源主要有以下幾種：體積變化引起的機(jī)械應(yīng)力、界面應(yīng)力、相變引起的應(yīng)力。應(yīng)力應(yīng)變的積累會(huì)使鋰離子電池電極材料顆粒破裂與粉化，導(dǎo)致鋰離子電池的電導(dǎo)率下降、循環(huán)壽命縮短甚至可能引發(fā)電池?zé)崾Э?。因此，研究鋰離子電池中應(yīng)力應(yīng)變對(duì)材料顆粒的影響，對(duì)于優(yōu)化電池設(shè)計(jì)、延長電池壽命和提高電池安全性具有重要意義。通過使用FDM-1650產(chǎn)品，我們可以測(cè)試粉體材料在不同壓力下的應(yīng)力應(yīng)變，從而快速了解到不同材料的性能。測(cè)試方案：
測(cè)試參數(shù)：實(shí)驗(yàn)面積132.73mm2，樣品量0.6g（鈷酸鋰取1.5g），使用FDM-1650設(shè)備施加壓力，測(cè)試壓強(qiáng)范圍：10-350MPa，步進(jìn)20MPa，穩(wěn)態(tài)模式測(cè)試。測(cè)試頻次：每個(gè)樣品測(cè)試一次。
圖：樣品厚度變化百分比
上圖表為四個(gè)樣品在不同壓強(qiáng)下測(cè)試的厚度變化百分比及樣品在測(cè)試過程中的形變量，其中不可逆形變量為穩(wěn)態(tài)模式最后一個(gè)點(diǎn)與初始點(diǎn)的厚度變化百分比。由圖可知，隨著壓強(qiáng)的增加，樣品的厚度逐漸減小，厚度變化百分比呈上升趨勢(shì)；隨著壓強(qiáng)的降低，樣品厚度出現(xiàn)反彈，不同種類的樣品彈性形變不同，其反彈的速度也不一樣。通過采用FDM-1650系列產(chǎn)品對(duì)幾款粉末進(jìn)行施壓，測(cè)試不同材料的應(yīng)力應(yīng)變，從數(shù)據(jù)結(jié)果可以觀察到不同樣品的彈性形變不同。通過了解應(yīng)力應(yīng)變，可以進(jìn)行材料的改性和優(yōu)化，通過優(yōu)化顆粒尺寸和形態(tài)、增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和提高材料的韌性，從而提高鋰離子電池的綜合性能。未來，隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)材料顆粒的應(yīng)力應(yīng)變研究將更加深入，為開發(fā)高性能、長壽命的鋰離子電池提供有力支持。
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