第二章  电池放电过程中压紧力增大现象分析

2。1 软包装三元锂电池的胀缩原理

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。在实验中，我们设置三元锂电池的正极材料为LiNi1-x-yCoxMnyO2，这种材料具有稳定的六方晶结构，如图2-1和图2-2所示。这种六方晶结构的体积在充放电过程中即随着Li+的脱嵌过程的变化很小，所以可忽略不计。由于正极材料进行了参杂和包覆，所以正极材料晶体的支撑作用得到了增加，同时电解液对正极材料的化学腐蚀作用得到了减小，因此可以认为在充放电过程中，正极部分体积发生的变化几乎可以忽略不计[5]。此外。由于电解液和隔膜本身的可压缩性很小，并且在电池中占有体积较小，因此其受热膨胀量也可以忽略不计。

图2-1 超晶格型结构模型 图2-2 有序堆积结构模型

三元锂电池的负极材料采用的是球状石墨，具有层状的原子结构。在电池充电过程中，Li+ 离开正极材料穿过隔膜进入负极材料石墨层之间，所以，Li+的进入打破了石墨层间原有的力平衡，造成原子之间斥力的上升，使石墨产生膨胀。为了从理论上计算嵌锂后电池的膨胀量[6]，作如下假设：

(1)锂电池充电过程结束后，Li+均匀嵌入到每层石墨间；来自~吹冰、论文|网www.chuibin.com +QQ752018766-

(2)只考虑电池厚度方向上的变形量，忽略电池厚度方向以外两个方向上的变形量；

(3)由于电池发热膨胀后的厚度比较小，因而可忽略因发热引起的厚度变化；

(4)忽略正极材料、隔膜和电解液的可压缩性；

则有锂电池嵌锂后的最大厚度增加值[7]为：