电极的结构稳定性和机械完整性对电池的实用性、可靠性和安全性有着直接的影响。在电化学循环过程中,宿主材料会因锂离子往复的嵌入/脱出产生不同程度的体积膨胀或收缩,而周期性的体积变形会使电极中产生应变和应力且不断累积,最终导致活性材料晶体结构坍塌,电极材料破裂、粉化甚至脱落,进而影响锂离子电池的综合性能。关于电极机械性能的研究和分析对优化结构设计、提高电池安全性能和延长电池使用寿命等具有重大意义。基于数字图像相关技术,本文设计和组装了锂离子电池电极变形原位测试系统;通过搭建的实验测试平台,对充放电过程中的V2O5电极的平面应变演化情况进行实时监测和记录,研究V2O5电极应变/应力场与电化学性能演化的关系,分析和讨论相应的力学-电化学耦合机制;采用单轴拉伸测试实验,对V2O5电极活性层进行实时原位拉伸测试,得到V2O5电极的临界断裂应变。并结合剪切滞后模型和相关参数,计算并得到了V2O5电极断裂性能的相关参数结果。主要研究内容及结果如下:V2O5电极力化耦合性能原位表征与分析。通过固相反应法制备V2O5纳米材料。在电化学循环性能测试过程中,首次放电比容量为283 m Ah·g-1,充电比容量为279 m Ah·g-1,循环库伦效率大于98%。在原位测试表征过程中,V2O5电极的应变呈现非均质演化特征和类正弦曲线演化趋势。在嵌锂过程中,电极张应变不断增大,且在脱锂阶段趋向减小,但不能恢复至放电前的初始状态,电极中残余应变随循环次数增加不断积累。电化学循环过程中,V2O5电极平均平面主应变在第一次放电结束时为1.29%,充电结束时为0.95%。在第8次循环结束时,残余应变值为1.28%。结合力化耦合本构方程计算电极中相应的平均平面应力。同时,讨论充放电条件下应力场中机械诱导应力和电化学诱导应力的异同性。V2O5电极断裂性能原位表征与分析。以V2O5纳米材料作为研究对象,通过电子万能试验机对V2O5电极活性层进行单轴拉伸测试,采用数字图像相关技术对电极活性层的变形/位移场进行动态捕捉,并且对V2O5电极活性层的表面变形进行实时分析和应变云图呈现。随着PVDF含量的升高,电极临界断裂应变不断增加,S1、S2、S3的断裂应变分别为6.27%、8.77%和12.36%。结合剪切滞后模型,以获取V2O5电极的断裂能、断裂强度和断裂韧性相关参数结果。通过SEM对拉伸测试前后的电极表面进行观测,得到相应的微观形貌图,可以看到活性层表面横向裂纹的长度、宽度、密度随着PVDF含量的升高而逐渐减小。