電芯體積變化的重要性與原因分析

The change of cell volume can be divided into solid swelling caused by side reaction and anode lithium plating and gassing swelling caused by formation, storage and abuse. Therefore, the volume test can be used to study the formation, electrolyte R&D, abuse improvement and so on. 

電芯體積的變化可以分為由副反應與陽極嵌鋰引起的硬膨脹和化成及濫用等過程引起的產氣膨脹；所以，對于電芯體積的監控可用于研究其化成工藝、電解液配方、濫用性能等開發與優化等。

聚焦與現狀痛點

At present, there is an urgent need for volume test systems for different scenarios. The status of measurement and evaluation methods is as follows.

目前，急需針對不同場景需求的體積測試系統，測量評估方法的現狀如下， ；

解決方案

電芯體積測試原理

基于阿基米德原理，通過測試被測物體在水中的浮力變化來測試其的體積或體積變化率；

Based on Archimedes' principle, the volume or volume change rate of the measured object is measured by measuring its buoyancy change in water. 

原位體積測試系統參數

測試系統概覽

產品特色與優勢Features and Advantages

應用領域與方向

測試系統可靠性分析：長程模式

過充改善原位產氣分析

電芯的過充濫用安全是電芯最重要的特性要求之一。電解液是決定電芯過充性能優劣的關鍵因子。添加劑A的加入對電芯的過充性能有明顯改善，電芯過充SOC達到150%SOC其體積同步開始快速增長。此方法可結合單面疊片小電芯進行過充產氣研究。

材料開發評估：不同添加劑產氣應用

從A,B,C,D,E,F6種添加劑配方的電芯化成-過充過程可以看出：

1. BCE三款添加劑的整體抗過充性能佳；

2. 儀器對電芯在化成過程產氣行為進行精密實時的監控，可以用于電解液配方開發與篩選，提高研發效率。

硬膨脹體積測試：電解液配方開發

Through the chart, we can see that the volume change rate of the type 2824C battery is large  than 8630N battery. The overall effect of the 2824C batteries electrolyte formula is worse;

隨著循環的進行，電芯的不可逆體積都在增加，其中2824C組的增長率大于8630N組；2824C樣品的體積膨脹大于8630N，分別為0.3mL和0.15mL左右；2824C電芯主要發生在恒壓階段，說明此配方電芯的抗氧化性能更差，8630N配方抗氧化性能更好。

鈉電化成產氣研究：不同電解液配方

基于層狀氧化物正極的體系化成幾乎不產氣(0.5ml@ 0.01%膨脹率)，在充電高壓階段產氣速率快速增加，但總體相對很小(1.5ml@0.15%膨脹率) ；The cell based on the layered oxide cathode is almost no gas during formation (0.5ml@0.01%), the gas production rate increases rapidly in the high voltage stage, the overall gas production rate is relatively small (1.5ml@0.15% expansion rate).

四種電解液配方中C配方的效果佳；Formula C is the best one among the four electrolyte formulations;

鈉電產氣體積測試：不同溫度產氣機制分析

硬膨脹體積測試：不同倍率下體積分析

Batteries in different charge ratio in volume change almost unanimously, shows that the reliability of the batteries is relatively good.

不同倍率下電芯體積的膨脹率不同，對于不同倍率體積膨脹研究十分有必要。特別是對體積變化率小的材料體系，高精密原位體積測試方法的需求更重要，如下體積對于化成后的電芯，不同倍率充電下體積差異很小，幾乎都在同一個水平。

存儲低壓電芯分析 

Except at 4.2V, all storages of single electrode at low OCV show the same result that increase of volume is attributed to anode for A&B cell.

通過體積測試分析可知，低壓電芯的產氣貢獻主要來自陽極；

電芯體積膨脹預測與未來評價思考

Based on in-situ  volume testing system, through the volume of the cell cycle data, prediction and analysis volume under different conditions;

基于原位體積測試系統測試電芯循環過程的體積數據，用于電芯各種研發設計下評估；同時，最重要的用途是用于電芯不同工況下體積膨脹的預測與分析。