锂电池鼓胀的原因有哪些？石墨烯负极膨胀影响因素是什么？

引起软包锂离子电池鼓胀的原因有很多。根据实验研发经验，笔者将锂电池鼓胀的原因分为三类，一是电池极片在循环过程中膨胀导致的厚度增加；二是由于电解液氧化分解产气导致的鼓胀。三是电池封装不严引进水分、角位破损等工艺缺陷引起的鼓胀。在不同的电池体系中，电池厚度变化的主导因素不同，如在钛酸锂负极体系电池中，鼓胀的主要因素是气鼓；在石墨负极体系中，极片厚度和产气对电池的鼓胀均起到促进作用。
石墨负极膨胀影响因素及机理讨论

(1)SEI膜形成：锂离子电池首次充放电过程中，电解液在石墨颗粒在固液相界面发生还原反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层(SEI膜)，SEI膜的产生使阳极厚度显著增加，而且由于SEI膜产生，导致电芯厚度增加约4%。从长期循环过程看，根据不同石墨的物理结构和比表面，循环过程会发生SEI的溶解和新SEI生产的动态过程，比如片状石墨较球状石墨有更大的膨胀率。

(2)荷电状态：电芯在循环过程中，石墨阳极体积膨胀与电芯SOC呈很好的周期性的函数关系，即随着锂离子在石墨中的不断嵌入(电芯SOC的提高)体积逐渐膨胀，当锂离子从石墨阳极脱出时，电芯SOC逐渐减小，相应石墨阳极体积逐渐缩小。
(3)其他因素：粘接剂的粘接强度(粘接剂、石墨颗粒、导电碳以及集流体相互间界面的粘接强度)，充放电倍率，粘接剂与电解液的溶胀性，石墨颗粒的形状及其堆积密度，以及粘接剂在循环过程失效引起的极片体积增加等，均对阳极膨胀有一定程度的影响。

膨胀率计算：

膨胀率计算用二次元测量阳极片X、Y方向尺寸，千分尺测量Z方向厚度，在冲片以及电芯满充后分别测量。

压实密度和涂布质量对负极膨胀的影响

以压实密度和涂布质量为因子，各取三个不同水平，进行全因子正交实验设计(如表1所示)，各组别其他条件相同。

电芯满充后，阳极片在X/Y/Z方向的膨胀率随着压实密度增大而增大。当压实密度从1.5g/cm3提高到1.7g/cm3时，X/Y方向膨胀率从0.7%增大到1.3%，Z方向膨胀率从13%增大到18%。从图2(a)可以看出，不同压实密度下，X方向膨胀率均大于Y方向，出现此现象的原因主要是由极片冷压工序导致，在冷压过程中，极片经过压辊时，根据阻力最小定律，材料受到外力作用时，材料质点将沿着抵抗力最小的方向流动.

铜箔厚度对负极膨胀的影响

选取铜箔厚度和涂布质量两个影响因子，铜箔厚度水平分别取6和8μm，阳极涂布质量分别为0.140g/1、540.25mm2和0.190g/1、540.25mm2，压实密度均为1.6g/cm3，各组实验其他条件均相同，实验结果如图5所示。从图5(a)、(c)可以看出，两种不同涂布质量下，在X/Y方向8μm铜箔阳极片膨胀率均小于6μm，说明铜箔厚度增加，由于其弹性模量增加(见图6)，即抗变形能力增强，对阳极膨胀约束作用增强，膨胀率减小。根据文献，相同涂布质量下，铜箔厚度增加时，集流体厚度与膜层厚度比值增加，集流体中的应力变小，极片膨胀率变小。而在Z方向，膨胀率变化趋势完全相反，从图5(b)可以看出，铜箔厚度增加，膨胀率增加;从图5(b)、(d)对比可以看出，当涂布质量从0.140g/1、540.25mm2增加到0.190g/1，540.25mm2时，铜箔厚度增加，膨胀率减小。铜箔厚度增加，虽然有利于降低自身应力(强度高)，但会增加膜层中的应力，导致Z方向膨胀率增加，如图5(b)所示;随着涂布质量增加，厚铜箔虽然对膜层应力增加有促进作用，但同时对膜层的约束能力也增强，此时约束力更加明显，Z方向膨胀率减小。

石墨类型对负极膨胀的影响

采用5种不同类型的石墨进行实验(见表2)，涂布质量0.165g/1，540.25mm2，压实密度1.6g/cm3，铜箔厚度8μm，其他条件相同，实验结果如图7所示。从图7(a)可以看出，不同石墨在X/Y方向膨胀率差异较大，最小0.27%，最大1.14%，Z方向膨胀率最小15.44%，最大17.47%，X/Y方向膨胀大的，在Z方向膨胀小，同分析的结果一致。其中采用A-1石墨的电芯出现严重变形，变形比率20%，其他各组电芯未出现变形，说明X/Y膨胀率大小对电芯变形有显著影响。