01 文章信息

基于机械压力调控的磷酸铁锂/石墨电池界面稳定性与电化学性能研究

第一作者：王义娅

通讯作者：闫康*、陈来*、苏岳锋*

单位：北京理工大学、北京理工大学重庆创新中心、中国电力科学研究院、国网河南省电力公司电力科学研究院

02 研究背景

磷酸铁锂/石墨电池因安全性高、循环寿命长和成本优势，在电动汽车和大规模储能系统中得到广泛应用。然而，在实际服役过程中，电池通常会受到模组装配、壳体约束以及电极反复膨胀/收缩所带来的机械压力影响，该压力会改变电极颗粒接触、电极/电解液界面稳定性、锂离子传输行为以及电极结构演化，进而影响电池的循环寿命和失效路径。已有研究表明，适当外部压力有助于改善电极接触、降低界面阻抗并稳定SEI膜，但其对磷酸铁锂/石墨全电池中负极SEI组成、正极界面稳定性、铝集流体腐蚀以及LiFePO₄/FePO₄相变可逆性的耦合调控机制仍有待进一步阐明。因此，系统揭示机械压力对LFP/石墨电池性能衰退和界面失效行为的影响机制，对长寿命动力电池和储能电池设计具有重要意义。

03 工作简介

近日，北京理工大学苏岳锋教授、陈来研究员、闫康等人围绕机械压力对磷酸铁锂/石墨全电池性能和失效机制的影响开展了系统研究。研究对比了无外加压力（0 MPa）和施加适度外部压力（0.1 MPa）条件下LFP/石墨电池的电化学性能、界面稳定性和结构演化行为。结果表明，适度机械压力能够显著提升电池循环稳定性，0.1 MPa压力下电池容量衰减率仅为5.14%，明显低于无压力条件下的24.31%。通过直流内阻、充放电曲线、dQ/dV分析、原位XRD、SEM、AFM、HRTEM、XPS、FTIR、TOF-SIMS等多尺度表征手段，研究发现机械压力能够促进石墨负极形成富LiF、均匀且机械强度较高的SEI膜，抑制电解液持续分解和石墨结构破坏；同时，压力还能降低正极侧铝集流体腐蚀，减轻有害副产物沉积，并促进LiFePO₄/FePO₄两相转变的可逆性。相关工作以“Pressurized vs. unpressurized LiFePO₄ batteries: A comparative study on interfacial stability and electrochemical performance”为题发表于《Nano Materials Science》。

04 本文要点

（1）适度机械压力显著提升电池循环稳定性

图1. 0 MPa与0.1 MPa条件下LFP/石墨电池的电化学性能对比

0.1 MPa压力下电池容量衰减率仅为5.14%，明显低于无压力条件下的24.31%。同时，加压电池DCIR增长更慢、极化更小，说明适度压力能够显著提升界面稳定性和循环寿命。

（2）机械压力促进LFP正极相变均匀性并降低热积累

图2. 不同压力条件下LFP正极的原位XRD与温度演化结果

原位XRD结果表明，0.1 MPa压力能够促进LFP/FP两相转变更加均匀地进行。温度测试显示，加压电池温升更低，说明压力有助于降低内阻和焦耳热产生。

（3）压力抑制正极结构退化与界面副反应

 图3. 循环后LFP正极的形貌、结构与表面化学分析加压条件下LFP正极颗粒形貌保持更完整，不可逆LiFePO₄相含量由34.1%降低至18.8%。XPS结果表明，压力可减少电解液分解产物并抑制正极界面劣化。

（4）机械压力构建富LiF稳定SEI并保护石墨负极

 图4. 循环后石墨负极的结构与界面化学分析

加压负极形成了更加均匀、致密且富LiF的SEI膜，石墨结构缺陷明显减少。该稳定SEI能够抑制持续副反应并保护石墨晶格结构，从而提升负极长期循环稳定性。

05 结论

本研究通过电化学测试、原位XRD以及SEM、AFM、HRTEM、XPS、FTIR、TOF-SIMS等多尺度材料表征，系统揭示了机械压力对磷酸铁锂/石墨全电池界面稳定性与失效机制的调控作用。结果表明，适度机械压力能够促进石墨负极形成均匀、稳定且富LiF的SEI膜，从而抑制电解液持续分解、石墨结构退化以及正负极间有害物质迁移；同时，压力还可减轻正极侧铝集流体腐蚀和副产物沉积，提升LiFePO₄/FePO₄两相转变的可逆性。该工作表明，机械压力不仅是电池服役过程中的外部约束因素，也是影响界面化学、结构稳定性和长寿命性能的重要调控变量，为磷酸铁锂电池模组及电池包中堆叠压力的合理设计与均匀分布控制提供了重要参考。

06 文献详情

Yiya Wang, Kang Yan, Jinyang Dong, Rui Tang, Yibiao Guan, Guangjin Zhao, Yun Lu, Jianan Hao, Bowen Li, Shuhan Mo, Xinbai He, Ning Li, Lai Chen, Feng Wu, Yuefeng Su. Pressurized vs. unpressurized LiFePO₄ batteries: A comparative study on interfacial stability and electrochemical performance. Nano Materials Science, 2025. 

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