粉体材料应力应变测试方案

利电 2025-01-10 | 阅读：55

背景

随着可持续能源需求的日益增长，锂离子电池因其高能量密度、长使用寿命及较为成熟的技术，成为了当今电动汽车、可穿戴设备及可再生能源存储系统中的核心储能技术。然而，锂离子电池在充放电过程中会经历复杂的物理和化学变化，其中包括电极材料颗粒的体积膨胀与收缩、应力与应变的积累等。这些变化不仅会影响电池的性能，如能量密度、循环寿命和安全性，还可能导致电池结构的破坏。

在锂离子电池的充放电过程中，电极材料的晶体结构发生变化，导致颗粒内部应力的产生。应力的来源主要有以下几种：体积变化引起的机械应力、界面应力、相变引起的应力。应力应变的积累会使锂离子电池电极材料颗粒破裂与粉化，导致锂离子电池的电导率下降、循环寿命缩短甚至可能引发电池热失控。因此，研究锂离子电池中应力应变对材料颗粒的影响，对于优化电池设计、延长电池寿命和提高电池安全性具有重要意义。通过使用FDM-1650产品，我们可以测试粉体材料在不同压力下的应力应变，从而快速了解到不同材料的性能。

测试方法

测试方案：

测试样品：石墨、磷酸铁锂、硅碳、钴酸锂；

测试参数：实验面积132.73mm²，样品量0.6g（钴酸锂取1.5g），使用FDM-1650设备施加压力，测试压强范围：10-350MPa，步进20MPa，稳态模式测试。

测试频次：每个样品测试一次。

测试结果分析：

表：四种粉末样品受压的形变量

图：样品厚度变化百分比

上图表为四个样品在不同压强下测试的厚度变化百分比及样品在测试过程中的形变量，其中不可逆形变量为稳态模式最后一个点与初始点的厚度变化百分比。由图可知，随着压强的增加，样品的厚度逐渐减小，厚度变化百分比呈上升趋势；随着压强的降低，样品厚度出现反弹，不同种类的样品弹性形变不同，其反弹的速度也不一样。

结论

通过采用FDM-1650系列产品对几款粉末进行施压，测试不同材料的应力应变，从数据结果可以观察到不同样品的弹性形变不同。通过了解应力应变，可以进行材料的改性和优化，通过优化颗粒尺寸和形态、增强材料的结构稳定性和提高材料的韧性，从而提高锂离子电池的综合性能。未来，随着锂离子电池技术的不断发展，对材料颗粒的应力应变研究将更加深入，为开发高性能、长寿命的锂离子电池提供有力支持。