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1 压力不均下软包电池电芯循环性能指标分析
压力不均对软包电池的性能有影响，需要结合电芯的失效模式展开分析，降低压力的循环阻碍作用，提高软包电池运行控制的效果。软包电池性能应满足如下指标。
1）确保软包电池的使用寿命，寿命应达到2000次以上，在正常损耗情况下，使用寿命应达到10 a，避免对电池频繁进行更换。
2）确保软包电池的使用安全，避免电芯循环不当而异常放热，防止产生冒烟、起火等问题，构建安全的电池使用条件。
3）具有耐高温等性能，降低发热对电池性能的影响，提高电芯循环性能的稳定性。
4）具有稳定的充放电状态，保证电池能够满足容量要求，在标准容量下实现充电过程，满足电池的正常放电时间，避免对充放电状态造成阻碍。压力不均是软包电池性能的主要影响因素，需要针对该情况展开测试，解决电池电芯的循环问题，保障电芯能够满足循环指标要求。
2 压力不均对软包电池电芯循环性能影响分析
2.1 软包电池受力失效原理
软包电池在受力状态下，将会引起失效问题，导致电芯的循环性能下降，影响电池充放电的稳定性。在不均匀加压状态下，软包电池将会发生析锂现象，白色物质将会积聚在负极表面，进而阻碍电芯的循环作用，电池电能输送效果将会下降。在压力不均条件下，Li+通过电解质进行扩散，引起负极发生锂沉积副反应，并且出现电位失衡的情况，导致析锂反应进一步加剧。软包电池电芯负极析锂原因如图1所示，需要从热力学和动力学角度进行分析，明确受力失效的条件，有助于对受力失效情况进行了解，便于采取针对性的解决措施，保证电池具有稳定的受力状态，提高对受力影响的控制作用。由此可见，析锂是影响电芯循环的主要原因，需要提高对析锂反应的控制作用，抑制析锂发生的条件。负极设计过程中，需要注重余量的控制，满足软包电池N/P设计指标，保证单位面积内余量的充足，提高余量控制的有效性。通常情况下，NP比一般为1.0~1.5，在电芯负极预留出一定的余量，防止析锂现象出现。实际设计过程中，负极极片尺寸要比正极大一些，保障负极在长度和宽度方向具有面积余量，降低负极相对于正极的能量密度，确保余量面积的控制效果。需要注意的是，在NP比过小的情况下，正极产生的Li+将无法嵌入到负极，将会引起析锂情况出现，导致析锂现象变得更加严重。在环境温度的影响下，软包电池将会出现压力不均的情况，需要考虑到温度的影响。充放电实验一般是在常温下进行，随着温度的变化，将会受到热胀冷缩的影响，在温度较低时出现析锂情况，不利于低温充放电过程的控制。低温充放电将会导致析锂现象的加剧，降低软包电池电芯的循环性能。在析锂现象的影响下，还会影响到软包电池充放电的效率，使负极活性粒子有效面积降低，增加离子的电阻作用，使得软包电池电芯无法正常工作。高倍率是实现快速充电的关键，将会引起电极电位差的变化，导致极化现象加剧，负极出现析锂现象。随着析锂过程的不断进行，将会引起内阻的增加，对电芯的充电状态造成阻塞，影响电芯的稳定充电效果。为此，需要注重快充技术的使用，保证电解质具有良好的活性，避免对充电时间造成影响，提高充电控制的有效性，确保高功率电池的循环充电次数，推进循环充放电过程的进行，满足高倍率充放电的控制效果，并且降低软包电池的老化速度。电芯内部产气将会引起软包电池内部压力的增加，出现压力不均的情况，将会影响到电芯的稳定性。在高温存储及循环作用下，负极膨胀率在20%以上，需要提高电池内部产气的控制效果，防止石墨负极膨胀发生嵌锂。负极膨胀容易产生卷芯变形，电解液的消耗速度将会加快，导致电芯的循环性能变差。在产气影响控制方面，需要注重SBR黏合剂的使用，降低压力对极片反弹状态的影响，确保极片在压力影响下能够恢复，提高对产气影响的控制效果。极片是软包电池的重要构件，需要确保极片涂抹的均匀性，对极片的厚度、空隙率进行控制，满足电芯对循环性能的要求。电芯极片涂抹不均是引起析锂的原因之一，将会引起负极析锂出现在边沿附件，导致电芯充放电过程受到阻碍。极片涂抹不均匀将会影响到极片的阻值，导致软包电池的内阻增加，需要消耗额外的电流实现充放电过程，进而引起电能的损耗。电极涂抹过程中，需要提前对不良进行识别，对电极涂抹、辊压过程进行监控，满足电芯电极对循环性能的要求，保证极片涂抹的质量要求。为了满足软包电池电芯循环性能的要求，需要针对循环性能展开测试，使电芯具有稳定的工作条件，实现对软包电池的有效生产。软包电池性能测试时，需要构建软包电池的加压场景，模拟出压力不均的情况，对电芯循环性能的影响进行探究，提高电芯性能的测试效果。以3.2V，52Ah 软包电池为例，正极活性物质为LiFePO4，负极活性物质为人造石墨。测试过程中，将软包电池放置在工装夹具上，采用四角固定的方式，由螺栓旋钮对软包电池进行加压，范围在0~5000N，同时采用非均匀加压的方式，提高加压控制的有效性。在电芯未置于夹板中心情况下，边缘受力将会减小，甚至产生不均匀的受力，应确保加压场景模拟的全面性，保障电芯循环性能测试的效果。软包电池加压控制过程中，一侧远离夹板边缘，一侧靠近夹板边缘，通过这种方式，便可产生不均匀的受力。在压力不均情况下，对软包电池电芯循环性能进行检验，循环次数为2000次，均匀加压条件为25℃、0.5C，对电池容量情况进行判断。在压力检测精准控制方面，需要构建完善的压力检测条件，采用压力试纸检测方式，针对不同压力状态展开测量。对循环次数不足2000次软包电池进行解体发现，电芯负极存在着白色物质，说明软包电池存在着析锂现象。由此可见，压力不均是产生析锂的重要原因，将会引起软包电池充电时间的增加，导致软包电池电芯的循环性能下降，对其进行循环性能检验具有必要性。析锂主要为电化学副反应，将会影响到电位的平衡，导致电荷无法得到有效控制，引起电芯的内阻增加，引起电芯的循环性能下降。软包电池电芯压力不均情况模拟过程中，需要针对模型参数进行构建，保证软包电池符合实际生产环境的要求，便于对软包电池参数进行配置，满足电芯的循环性能指标。软包电池电芯结构采用CT扫描的方式，明确电芯与壳体的相对位置，再由Avizo软件对三维模型进行重构，使电芯的特征指标更加显著，提高电芯模型的清晰化程度。模型构建过程中，需要与设计尺寸相符，模型面内差值不能过大，同时降低建模时的计算量，保证软包电池模型能够应用于仿真环境中。软包电池仿真过程中，需要注重参数的具体化，如正极材料厚度75μm、负极材料厚度54μm、隔膜厚度15μm 等，使模型参数与实际相匹配，优化模型参数的配置情况，针对实际情况展开调节。同时还需要对密度、比热容、孔隙率等参数进行配置，实现对模型参数的全面设定，便于对软包电池进行仿真分析。通过有限元模型，可以分析软包电池电芯受压的细微变化，包括膨胀变形、移位等，针对有限元模型特性展开分析。在有限元模型下，将软包电池简化为电芯、壳体两个部分，经过对电池结构的检测控制，电芯距离底面内壁为2.56mm，距离左侧板为2.15mm。通过对规格的限定，可以对位移控制起到约束作用，实现对电芯各个节点的检测，提高有限元模型分析的有效性。有限元模拟需要设置标志点，明确应变场的分布情况，发现应变集中在靠近底边5.0-9.0范围内，对指定的标志点进行观察，保障有限元模型能够正常投入使用。通过上述检验过程，可以确定受力对电芯位置变化的影响，便于对电芯位置进行调整，使电芯位置能够满足循环性能的要求，发挥出有限元分析的作用。通过电池容量可以对电池的循环性能进行判断，对循环性能展开分析，使电池具有良好的运行状态。以循环倍数作为x轴，位移、容量作为y轴，得到的仿真图像如图2所示。对同一模型参数软包电池电芯仿真发现，随着循环倍数的逐渐增加，平均位移、平均容量呈现下降趋势，说明电池的循环性能将逐渐下降，电池受力不均的影响较为严重。在循环倍数为0.2C时，平均位移、平均容量达到最大值 ；当循环倍数为1.0C时，平均位移、平均容量的达到最小值。受力不均是位移和容量变化的主要原因，需要对受力不均情况加以管控，提高受力控制的有效性，满足受力控制的需要，构建完善的循环倍数控制关系。在上述过程中，平均位移下降了15.4%，平均位移下降了10.6%，说明循环倍数对电池容量、位移具有显著影响，对平均容量、位置进行仿真测试具有必要性。在电芯循环性能方面，需要做好电芯的输送控制，保证电芯能够精准地进行组装，提高电芯质量的控制效果。首先，需要对电芯的位置展开设计，满足电芯的参数控制要求，满足电芯装配质量需求，保障电芯能够正常工作。其次，采用夹具对电芯进行固定，防止注液过程影响到电芯，对电芯输送环境进行控制，防止电芯发生偏移。最后，需要对电芯的位置进行调整，将其进行固定和定位，保障电芯能够更好地投入使用，提高电芯输送状态的稳定性，使其具有良好的受力条件。在软包电池内部，电芯被电解液环绕，在注液过程中，需要采用负压注液的方式，避免出现不均匀注液形式，导致电芯的位置发生偏移。在注液过程中，提高注液过程的负压效果，使注液结构能够稳定工作。对于软包电池内部而言，形成负压注液环境具有必要性，使电池处于良好的压力环境下，同时可以降低电芯产气的影响，使负压注液环境能够发挥作用。注液过程中，需要对注液杯进行控制，边注液边向上提起，缓慢将注射针移除，有助于负压环境的形成，提高负压注液的质量。封口是保证电芯循环性能的重要工序，需要注重封口工艺的应用，将腔体内部控制进行抽空，提高封口控制的质量，促进负压环境的形成。封口过程中，需要将腔体内部抽空处理，减少腔体内部的气体含量，再进行注液处理，保证内外压力的平衡，使负压风口控制能够发挥作用。负压封口采用热封形式，满足对封口的控制需求，以氮气作为压力平衡气体，对封口压力进行把控，满足封口压力环境的控制。合理采用封口形式可保证内部压力的平衡，避免出现封口失效的情况，使压力控制能够满足均衡状态。软包电池在压力不均状态下极易受到影响，需要针对压力场景展开测试，明确组装过程中的压力控制条件，使软包电池具有完善的循环体系。软包电池压力测试过程中，需要对充放电行为进行模拟，防止电芯循环发生失效，使软包电池能够正常工作，保障软包电池使用寿命大幅延长。文献参考：常文博.压力不均对软包电池电芯循环性能的影响[J].化工设计通讯,2023,49(4):145-147锂电联盟会长向各大团队诚心约稿，课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿，请联系：邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
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