电极材料的结构稳定和完整性对电池的综合性能有着直接影响。充放电过程中,锂离子在活性材料中脱出/嵌入,会使电极产生不同程度的扩散应力,进一步使电极活性层产生裂纹甚至断裂。电极的断裂与电池性能衰减有着密切的联系,是电极力学研究的核心问题。因此电极力学性质的评估对于电极结构的设计、电池循环寿命的延长等具有重要的意义。本文设计和组装了一套可对电极活性层进行拉伸测试的原位装置,并基于简化的剪切滞后模型和计算公式,得出了不同电极活性层在不同条件下的相关断裂性质。主要研究内容如下:第一:以四种含硅量不同的硅/碳材料为研究对象,先对其进行形貌、结构、粒径等表征测试,后测试了包括阻抗、循环伏安曲线、循环稳定性在内的电化学性能;之后通过数字图像相关测试技术结合简化的剪切滞后模型,对电极活性层的断裂应变、断裂强度、断裂韧性等力学参数进行了测试和分析。电化学测试结果表明,随着电极材料含硅量的增加,电池的比容量不断增加,但其循环稳定性降低;力学测试结果表明,电极的断裂应变会随着含硅量的增加而增加,但电极活性层的断裂强度和断裂韧性呈现略微降低趋势,S420、S600、S950和S1100的断裂强度分别为143.9 MPa、140.2 MPa、135.4 MPa和134.6 MPa。这些参数不仅能够直接反映电极活性层的力学强度,以优化电极的结构设计,而且有助于力-化耦合模型的建立。第二:以商用锰酸锂软包电池石墨负极为研究对象,在0.5C的电流密度下,分别将其循环0次、100次、200次、300次、400次和500次,之后对循环前后的电极材料进行形貌表征及拉伸测试分析。测试结果表明,随着循环次数的增加,电池的容量逐渐降低,且出现了不同程度的膨胀,500次循环后的电池整体厚度增加了0.6-1.3 mm,边缘区域膨胀最为严重。拉伸测试分析结果表明,随着循环次数的增加,其断裂应变、断裂强度和断裂能也逐渐降低。其中未进行循环测试的电池电极活性层断裂强度为311 MPa,500次循环之后的电极断裂强度为143MPa。这些测试结果真实反映了电极在正常使用过程中所遭受的电化学及力学性能衰退,对电池的设计具有重要的指导意义。