研究硅基负极在充放电及循环过程中的膨胀对开发下一代高比能锂离子动力电池具有重要意义。本工作采用商业化的SiOx/Graphite为负极匹配高比能镍钴锰酸锂［Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2，NCM811］正极，组装了60 Ah大软包电池，并对其进行循环膨胀应力、应力增长机理与膨胀应力的改善等方面的研究。结果表明SiOx材料的构成为3～5 nm Si颗粒分散在无定形的SiO2内部，首次充放电比容量为1840.9/1380 mAh/g，库仑效率为75%。大软包电池单次充放电膨胀应力的变化为7320 N，约为石墨负极的4倍。工作温度越高容量衰减越快，衰减到70% SOH时，25、45和60 ℃对应的循环次数分别为980、850和500次，对应的最大膨胀应力分别为25107、25490、23667 N。此外，机理分析发现电池循环膨胀应力的增长和容量衰减之间为线性相关，CP(cross section polisher)-SEM分析发现膨胀应力的增加主要来自于SiOx颗粒表面的破裂及副反应导致的SEI (solid electrolyte interphase)增厚。通过测定缓冲垫压缩曲线的方法筛选了合适的聚氨酯类缓冲垫，验证对循环无影响，但可以显著改善膨胀应力的增加，膨胀应力降低50%，这些结果将为更好地应用高比容量的硅基负极材料奠定基础https://news.bjx/html/20220927/。
锂离子电池由于具有高能量密度、高功率特性、长寿命、较低的成本及相对的安全性，逐渐成为电动汽车电源的首选方案。当前商业化的锂离子动力电池正极材料主要有LiFePO4、LiNixCoyMn1-x-yO2(x+y≤1)及LiMn2O4等，负极主要是以碳基为主的石墨材料。为了解决当前电动汽车普遍存在的里程焦虑问题，以硅基为主的高比容量负极材料逐渐得到越来越多的关注。但是硅基负极在充电过程中较大的体积效应仍是其大规模应用的最大障碍。锂离子电池在电池模组/系统中是以多个串并联的方式排列，较大的体积效应会破坏模组/系统的机械结构，进而引发安全隐患。因此研究硅基负极的循环膨胀应力及改善方法对高比能电池的应用具有实际的指导意义https://news.bjx/html/20220927/。
Komaba等研究了不同负极黏结剂对SiOx性能的影响，发现聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)黏结剂可在SiOx表面形成包覆及提供较强的黏结力，有效提升了SiOx负极的循环性能，保证了循环后电极的完整性。Marinaro等采用PAA作为负极黏结剂制作了1.2 Ah Si-alloy-Graphite∣∣LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2软包样品电池，循环测试发现290次循环容量衰减为80%，循环后负极经CP-SEM分析发现，阳极的厚度由41～42 um膨胀到54～58 um，且负极活性材料跟集流体Cu有剥离现象。Oh等通过带压力传感器的夹具研究了电池在不同温度、不同SOC(sate of charge)下的膨胀特性，并建立了相应的模型来预测应力的变化。Barai等、Mussa等、Zhang等研究了锂离子电池在外力下的电性能变化。Sutter等研究了1.4 Ah Si alloy-Graphite∣∣NCM622软包电池的应力特性及外力对循环性能的影响https://news.bjx/html/20220927/。
