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本研究通过施加可控压缩应力有效恢复老化锂铁磷酸电池性能，揭示多尺度结构演变机制，提出机械动力学调控框架，为延长电池寿命和二次利用提供新途径。
王华翠|刘炳河|刘月|张永志|李洪刚|潘永军|方思顿|李东江|徐军
重庆大学机械与车辆工程学院，中国重庆，400044
摘要
锂离子电池（LIBs）的能量存储效率不可避免地会下降，这对其可持续再利用构成了重大障碍，尤其是在二次能源应用中。本文研究表明，施加可控的压缩应力可以有效恢复老化锂铁磷酸盐（LFP）电池的性能，使其能量效率和电化学性能恢复到与新鲜电池相当的水平。通过原位机械-电化学测量、有限元建模和成核理论，我们揭示了机械应力如何在不同长度尺度上（从电池到电极再到活性颗粒）调节结构演变。这种机械诱导的调节不仅减轻了性能损失，还能提高长期能量效率。具体来说，对于健康状态（SOH）为82%的电池，在1C条件下施加0.13 MPa的适度压缩应力后，第1循环时的能量效率从78%提高到第210循环时的88%。我们的发现表明，机械应力是一个强大的但未被充分利用的参数，可用于调节电池性能，并提出了一个通用的“机械-动力学调节”框架。这种方法为设计应力适应性电极系统和延长LIB寿命开辟了新的途径，对电网储能、电动出行和可再生能源集成具有广泛的意义。
部分摘录
主要内容
锂铁磷酸盐（LFP）电池已成为现代储能的基石，因其安全性、成本效益和长循环寿命而受到重视。其出色的性能使其被广泛应用于从便携式电子设备到电动汽车（EVs）和大规模储能系统（ESSs）等多个领域[[1], [2], [3], [4], [5]]。然而，储能和电动汽车行业的快速发展导致了大量LFP电池的退役，从而
电池的原位机械加载测试
为了研究机械应力对电池性能的影响，我们开发了一种原位加载装置，在电化学循环过程中对LFP电池施加并维持可控的压缩应力。关键电池和组件规格见表1。
实验系统由一个定制设计的钢制夹具组成，该夹具配备了一个DYLF-102辐条型力传感器（容量为50 kN）和一个步进电机（即驱动线性执行器）。测试电池被放置
将结构退化与电化学恢复分离
外部压力的施加会立即影响锂离子电池的结构完整性。我们首先分析了压缩机械应力如何改变老化电池的物理结构。基于之前关于老化引起的结构演变的研究[32]，我们观察到，虽然新鲜LFP电池的表面光滑均匀（见补充图14），但老化电池的表面会出现明显的突起和电极内部的分层
应力增强老化LFP电极的电化学动力学
鉴于仅靠结构改变无法解释应力诱导的性能恢复现象，我们继续研究压缩应力如何直接影响电极级别的电化学行为。
在完整电池配置中，正极和负极的行为是电化学耦合的，因此难以分离每个电极的单独贡献。为了解决这个问题，我们拆解了老化的LFP电池并回收了
应力增强动力学的电化学特征
为了揭示压缩机械应力如何恢复老化LFP电池的电化学性能，我们首先使用电化学阻抗谱（EIS）在多种充电状态（SOCs）和不同机械载荷下探测了它们的动力学行为（见补充图20）。传统的等效电路模型无法分离重叠的电化学过程[36]。因此，我们采用了松弛时间分布（DRT）方法来进行分析
扩展与应用
多学科证据表明，通过机械应力可以实现对老化LFP系统的功能恢复。我们强调，这一过程指的是电化学动力学和可用容量的恢复，而不是材料老化的物理逆转。为了评估这种改进的持久性，我们将分析扩展到了短期循环之外，评估了应力辅助恢复的长期效果。具体来说，我们对老化的LFP电池进行了多循环测试
结论
在这项研究中，我们揭示了机械应力恢复老化LFP电池电化学性能的基本机制。通过原位电化学测量、操作中的X射线衍射（XRD）和机械加载，我们证明了外部施加的压缩应力通过减轻微观结构和晶格级别的扩散障碍，重新激活了退化电极中的锂离子传输。
操作中的XRD首次揭示了直接相关性
数据可用性
支持本研究发现的数据已包含在本文及其补充信息中。
作者贡献
B. L.和J. X.负责项目的监督；B. L.和H. W.提出了研究概念并设计了实验方案；H. W.、Y. L.、H. L.、Y. P.、S. F.、D. L.和Y. Z.设计并进行了实验；H. W.完成了部分数值模拟工作。H. W.、B. L.、S. F.、Y. Z.和J. X.分析了数据。所有作者都在项目进展过程中参与了手稿的撰写和讨论。
CRediT作者贡献声明
王华翠：撰写——初稿、方法论、研究、数据分析。刘炳河：撰写——审阅与编辑、资源准备、研究、数据分析。刘月：方法论、研究。张永志：方法论、研究。李洪刚：方法论、研究。潘永军：方法论、研究。方思顿：方法论、研究。李东江：方法论、研究。徐军：撰写——审阅与编辑、监督，
