电池活性降低 对电池容量衰减的影响 卓能电池

锂离子电池充放电过程中，电极材料会发生体积变化，导致机械应力。负极材料脱锂导致体积收缩，正极材料嵌锂导致体积膨胀。

当负极体积收缩大于正极体积膨胀时，电池整体表现为体积收缩，则为体积膨胀。高倍率充电时电池持续膨胀，低倍率充电时则在充电初期膨胀，中期收缩，后期膨胀。

电极材料的体积变化会产生应力，对负极材料可能会造成损伤。石墨负极在充放电过程中的体积变化不超过10%，但应力仍有可能导致损伤。

正极材料同样会发生形变，如磷酸铁锂材料在充放电过程中体积变化约为6.81%，LiMn2O4和Mn2O4约为6.5%。

相比负极材料，正极材料更容易受到应力的影响。扩散过程会加大锂离子浓度梯度，导致局部体积膨胀，产生扩散诱导应力(DIS)。当扩散诱导应力超过一定阈值时，正极材料颗粒可能会破裂，导致损伤。如图5所示，这种现象在快速充放电过程中更为明显。

电池热应力主要由内部温度差异和温度变化引起。一些研究通过电池厚度的变化间接表征了温度变化对内部应力的影响，但未对热应力造成的电池损伤进行详细分析。

另一些研究采用仿真建模方法，基于电池内部温度场和热应力场的分布信息，定量分析了热应力的影响因素。

这些研究发现，在电池的几何中心处温度Zui高，导致该区域发生高温膨胀并受到应力挤压，而侧方区域则受到拉应力的影响。

在侧边中心处可能会出现集中的热应力现象。还有一些研究基于电极材料中锂离子浓度差异引起的扩散诱导应力和电化学循环产生的热应力，分析了充放电过程中体积变化和温度变化对内部应力的影响。

这些研究认为应力与充放电倍率、电池叠层尺寸等参数有关。一些研究指出使用具有负热膨胀系数材料制造的电极可以有效消除由锂离子嵌入和脱出引起的严重膨胀和收缩问题。