近年來，“雙碳”目標成為全民共識，能源轉型深入推進，鋰離子電池作為重要的新能源技術，廣泛應用于生活日常，汽車、電腦、手機等都有鋰電池的存在。

當前，鋰離子電池技術面臨諸多挑戰。

鋰電池失控自燃引發的火災事故頻發，給生命財產安全帶來危害。

（2024年6月，韓國電池工廠發生嚴重火災，初步調查顯示鋰電池快速起火引發工廠火災）

研制更安全、更高能、更低廉的電池技術，具有重要的經濟效益和社會效益。

鋰離子電池熱失控預警主要是通過監測電池溫度的變化和內部氣體的產生。

科學研究發現，鋰離子電池在發生冒煙、燃燒甚至爆炸之前，其殼體會發生明顯的膨脹形變，電池內部的壓力明顯變化。

也就是說，電池膨脹比氣體溢出發生得更早。

因此，展開研究鋰電池膨脹行為研究，總結造成鋰電池膨脹變形的原因，對于優化鋰電池材料結構安全性，開發鋰電池熱失控預警系統具有重要意義。

鋰電池膨脹的原因

01、可逆形變

在充電過程中，由正極材料發生分解反應產生的鋰離子在電場力的作用下擴散至負極，并嵌入負極材料中，反應過程如下所示：

鋰離子的嵌入與脫嵌對碳材料的影響更為突出，因此負極材料的體積變化大于正極材料，導致鋰電池在充電過程中發生體積膨脹，但是放電過程中，鋰離子又從負極材料中脫嵌，經過隔膜，在電場力的作用下返回正極材料，隨后與材料上的電子結合，重新嵌入到正極材料中，使電池厚度變小。

在鋰電池的使用過程中，由于此反應的存在，因此可以進行多次的充放電過程，因此此膨脹為可逆形變。

02、不可逆形變

研究表面，造成電池不可逆形變的原因可分為兩類：SEI膜的生成增厚、充放電副反應導致內部產氣膨脹。

電池在充放電的過程中，負極與電解液會發生不可逆的反應，生成SEI膜，用于保護負極材料且不影響鋰離子通行，但SEI膜并不能夠完全阻止負極與電解液的反應，隨著反應的逐漸進行，SEI會逐漸增厚，同樣導致了電池的不可逆形變。

鋰電池在充放電的過程，會在一定程度上發生一些副反應，包括電解液的分解，電解液與水的反應，產生CO2、H2、O2與烴類氣體，使電池的體積發生了不可逆形變。

03、壓力對電池的影響

此外，鋰電池通常以多塊電芯串并聯組成電池模組，需要用一定的壓力固定鋰電池，適當的壓力可以使得電池內部正負極極與隔膜之間接觸緊密，提升電池充放電反應界面，降低電池內阻與極化，從而使得電池的循環穩定性與高倍率充放電性能得到提高。

壓力過低會使得電極反應面積降低，反應界面惡化，電池內阻與極化提高，電池容量降低，在長循環后還會導致電極材料從集流體上脫落，嚴重影響電池壽命。

壓力過高會破環電極材料與隔膜的孔隙結構，反應界面惡化，電池內阻增肌，從而造成電池容量的迅速衰減，嚴重時還會造成電池內部短路，產生熱失控等的風險。

因此，通過研究鋰電池正常充放電情況下的膨脹力變化，了解電池在不同條件下的膨脹特性，可以對電池結構等方面進行設計與優化，提高電池的安全性。對于電池的性能、安全性以及設計優化等方面具有重要意義。

SFT-3000 原位膨脹力測試儀

產品應用：材料評估、析鋰分析、電芯結構評估、工況評估

技術特點：

多種電池形態、多種測試模式 、多種電池夾具

配合充放電系統實現原位測量

配合阻抗測試儀評估電池系統

集成化軟件系統實現多參數耦合測量

技術背景

SFT-3000原位膨脹力測試儀高度集成了電池充放電、溫控箱體、膨脹測試等多個模塊，能夠在電池充放電工況下，進行多種測試模式下的，不同形態電池的膨脹行為評估，為電極材料研發和膨脹機理的分析研究提供真實可靠的數據支持。