為減少生態(tài)足跡并延長(zhǎng)鋰離子電池（LIBs）的壽命，有必要了解電池在循環(huán)過(guò)程中的老化現(xiàn)象。

德國(guó)弗勞恩霍夫電動(dòng)汽車研發(fā)中心Guinevere A. Giffin等采用事后分析法研究了有外壓和無(wú)外壓的純電動(dòng)汽車（BEVs）方形電池超過(guò)7000次的循環(huán)測(cè)試，揭示了不同的老化現(xiàn)象。

圖1. 在這項(xiàng)工作中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)

在這項(xiàng)工作中作者引入了機(jī)械健康狀態(tài)（機(jī)械SOH）作為電極因機(jī)械效應(yīng)而退化的指標(biāo)。研究顯示，外壓方形電池在老化測(cè)試期間表現(xiàn)出增強(qiáng)的循環(huán)性能，與無(wú)外壓電池相比，在900次循環(huán)后達(dá)到80% SOH 的閾值。

這一結(jié)果證明了外壓的重要性，更具體地說(shuō)，是LIBs的均勻壓力分布。在該老化測(cè)試期間，外壓電池的電池厚度變化≈2.5%，而無(wú)外壓電池膨脹≈17.5%。這種膨脹與鍍鋰、電極分層和電極膨脹有關(guān)。

圖2. 不同電池在加速老化試驗(yàn)期間的電池性能

進(jìn)一步的循環(huán)后研究表明，對(duì)于外壓電池，正極的形態(tài)和結(jié)構(gòu)退化（例如顆粒破裂和陽(yáng)離子混合）是其電池性能降低的主要原因，而負(fù)極對(duì)性能損失的影響較小。相反，對(duì)于無(wú)外壓電池，負(fù)極對(duì)容量損失的影響明顯增加，這是由于電極內(nèi)組件之間的接觸不足，負(fù)極容易發(fā)生鍍鋰。

這與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到的結(jié)論（即導(dǎo)致BEV方形電池容量下降的主要因素是鋰庫(kù)存的損失）不太一樣。一種解釋是與鋰化狀態(tài)下的石墨（≈100 GPa）相比，多晶NCM的楊氏模量（≈200 GPa）更高。高模量與體積膨脹相結(jié)合造成應(yīng)力，從而導(dǎo)致顆粒內(nèi)部開裂。因此，外壓導(dǎo)致正極材料的機(jī)械SOH降低，但整個(gè)電池的老化更均勻，局部降解更少。

圖3. 循環(huán)后的電極和隔膜的照片

Impact of Bracing on Large Format Prismatic Lithium-Ion Battery Cells during Aging. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102448