储能科学与技术 ›› 2019, Vol. 8 ›› Issue (6): 1062-1075.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0205

• 锂电池失效分析与测试技术专刊 • 上一篇    下一篇

锂离子电池内部力学与温度参量在位表征方法

冯小龙1,2, 杨乐3, 张明亮2, 陶然2, 韩雨2, 温家伟2, 王潘丁2, 宋维力2, 艾士刚1,2, 陈浩森2, 方岱宁2   

  1. 1 北京交通大学土建学院, 北京 100044;
    2 北京理工大学先进结构技术研究院, 北京 100081;
    3 清华大学航天航空学院, 北京 100084
  • 收稿日期:2019-09-16 修回日期:2019-09-28 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-10-10
  • 通讯作者: 陈浩森,副研究员,研究方向为先进能源电池材料与结构设计、制备与表征,E-mail:chenhs@bit.edu.cn。
  • 作者简介:冯小龙(1993-),男,硕士研究生,研究方向为锂离子电池膨胀变形机制,E-mail:18120994@bjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划新能源汽车重点专项(2018YFB0104400),国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项(2018YFF0300800),国家自然科学基金项目(11672341),爆炸科学与技术国家重点实验室课题项目(ZDKT18-03),北京市自然科学基金项目(Z191100002719007)。

Failure mechanics inner lithium ion batteries: In-situ multi-field experimental methods

FENG Xiaolong1,2, YANG Le3, ZHANG Mingliang2, TAO Ran2, HAN Yu2, WEN Jiawei2, WANG Panding2, SONG Weili2, AI Shigang1,2, CHEN Haosen2, FANG Daining2   

  1. 1 School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;
    2 Institute of Advanced Structure Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
    3 School of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2019-09-16 Revised:2019-09-28 Online:2019-11-01 Published:2019-10-10

摘要: 近年来,对高能量密度锂离子电池需求日益迫切,以硅基负极、三元正极为代表的高容量材料研究进展显著,与传统电极材料相比,其力学失效与热失控等问题也变得更为突出。从力学结构角度来看,锂电池电芯是典型的密封结构,在全寿命周期的服役过程中,在电池内部发生电/化/力/热多场耦合共同作用,因此,在位表征电池内部的力学与温度参量对揭示锂离子电池内部力学失效与热失控机理具有重要意义。着重介绍锂离子电池内部力学和热失效在位表征方法,包括:①内部力学量测量方法如原子力显微方法、在位光学方法、在位扫描电镜法、在位X射线断层扫描法等;②内部温度量测量方法如在位红外方法、内埋温度传感方法等。

关键词: 锂离子电池, 内部表征, 力学, 变形与失效, 在位实验

Abstract: Lithium-ion batteries (LIBs) with high energy density are desired in many fields, however, the volume change during the electrochemical process of the high capacity materials (such as Si) would cause the mechanical failure of the LIBs. Thus, the in-situ experimental methods, which could obtain the inner information of the LIBs, are necessary for revealing the failure mechanisms of the LIBs. Here main characterization techniques for in-situ experiments have been introduced, including (1) in-situ mechanical-electrochemical experiments:atomic force microscopy (AFM), in-situ optical methods, in-situ scanning electron microscope (SEM) computed tomography (CT) and (2) inner temperature measurements:in-situ infrared method, embedded multi-field sensor.

Key words: lithium ion battery, inner characterization, mechanics, deformation and failure, in-situ experiments

中图分类号: