全新电化学-力学耦合模型，揭示温度对石墨负极化学应变影响机制

您是否好奇锂离子电池中石墨负极在各类温度条件下的具体形态变化？这样的信息对于揭示电池故障的根源以及改进设计方案至关重要。

研究重要性

LIB的性能对温度的波动极为敏感，因此，对LIB电极在充放电过程中温度波动导致的形变进行研究显得尤为重要。张统一院士的团队已经着手开展这一领域的研究，他们打算通过实验探究温度、充放电速率等不同因素与电极形变之间的联系，并基于这些发现，为提升电池性能提供科学依据。这项研究直接关联到我们日常使用的各类锂电池产品的性能表现和其使用寿命。

实验装置与测量

研究团队构建了原位DIC测试设备，该设备用于相关实验的开展。在实验进行中，他们选取了沿x轴方向的应变均值来表征电极的平均应变。这种设计方案有助于较为精确地监控锂离子电池石墨负极在多种条件下的应变状况，从而为基于实验的电极应变特性研究提供坚实的数据依据。

温度影响应变

经过对20、40及60摄氏度三个温度点的应变状况进行对比，我们注意到，在表观容量保持不变的情况下，电极的应变程度随着温度的上升而逐步下降。在20摄氏度时，电极上呈现出一定的应变现象；但当温度升至60摄氏度时，这种应变现象有所减弱。这一观察结果表明，在高温条件下，石墨层间实际嵌入的锂离子浓度较低，这一现象进一步影响了电极的应变特性。

速率对应变影响

在20摄氏度的气温条件下，我们对不同倍率的充放电过程进行了比较，涵盖了0.1倍、0.2倍以及0.4倍，并记录了应变的变化情况。实验结果表明，充放电速度对应变的影响并不显著。无论是低倍率还是高倍率，电极在20摄氏度时的应变变化幅度都比较小。这一发现进一步证实了电极应变与容量之间是正相关的，同时也揭示了温度对应变的影响较为显著。

应变与结构的关联

分析电压微分曲线时，我们发现平均应变和表观容量在同一位置均达到最高值，并且它们的峰值强度相当接近。据此推断，石墨电极的宏观应变与石墨微观结构的变化紧密相关。微观层面的变化能够通过宏观应变来体现，这一联系值得深入探究。

充放电应变组成与模型

石墨电极在充放电过程中发生的变形，主要是由活性成分和非活性成分的变形共同引起的。在锂化过程中，这种变形的程度与锂离子的摩尔数积分密切相关。而在去锂化过程中，变形与表观容量之间则表现出一种近乎线性的关联。借助模型分析，我们能够确定SEI对石墨负极形变的程度，以及锂离子在SEI层中的偏摩尔体积，这些关键数据对于深入研究电池性能具有极其重要的意义。

经过一系列的实验和详尽的分析，我们对于石墨负极在多种条件下的变形情况有了更为深入的认识。这些新获得的知识，有望为今后锂电池的改进设计提供重要的参考。还请记得点赞并转发此篇文章，让我们共同深入交流这一领域的话题。