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研究概述
锂离子电池在循环过程中产生的体积膨胀会显著影响其电化学性能和机械稳定性，而外部压力边界条件作为调控电池退化行为的关键因素，近年来受到广泛关注。本研究探究了不同正极材料（LFP和NCM622）软包电池在四种压力边界条件下的老化行为及其衰减机制
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实验设计与关键发现
图1 软包电池老化实验示意图
本研究通过设计具有不同压缩力变形系数（CFD）的弹性泡棉夹具、刚性夹具以及无压力对照组，首先通过预实验确定了12.5 kPa的最优预紧力条件。在长达1000次的循环测试中发现，适当的压力条件能显著延缓电池容量衰减：LFP和NCM622电池在最优压力下的容量衰减分别比无压力条件减少了6.0%和12.6%。进一步的电化学阻抗谱（EIS）和弛豫时间分布（DRT）分析表明，无预紧的电池表现出最快的活性锂离子损失速率，这与固体电解质界面（SEI）膜的生长和析锂行为密切相关。
图2 软包电池容量衰减与压力变化趋势
通过拆解分析发现，压力边界条件对电极形貌和气体生成具有重要调控作用。在刚性夹具条件下，电池膨胀会导致电极出现褶皱和裂纹；而采用弹性泡沫垫的夹具能有效吸收体积变化，维持电池内部组件的良好接触。扫描电镜（SEM）观测显示，无压力电池的负极表面存在明显的锂沉积区域，且SEI膜厚度显著增加。能谱分析（EDS）进一步证实，压力不足会加速电解液分解产物的沉积，其中氟元素含量与电池健康状态（SoH）呈现显著负相关性。值得注意的是，不同阴极材料对压力条件的响应存在差异：LFP电池在较硬泡沫垫（CFD=0.13%/kPa）条件下表现最优，而NCM622电池则在刚性夹具中展现出更长的循环寿命。
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总结与讨论
本研究系统揭示了压力边界条件通过调控SEI生长、析锂和电极接触状态等多重机制影响电池老化的过程。研究结果不仅为动力电池模组设计提供了理论依据——强调需要根据正极材料特性选择适配的压力条件，更为发展新型电池健康管理策略指明了方向。未来研究可进一步探索动态压力调控与温度等多物理场耦合作用下的电池退化行为，为提升电池系统的可靠性和安全性提供更全面的解决方案。
图3 不同压力边界条件对电池老化机理的影响
参考文献：
[1] Kaixin Chen, Yahui Xu, Hang Wu, Jiangong Zhu, Xueyuan Wang, Siqi Chen, Xuezhe Wei, Haifeng Dai, Degradation mechanism and assessment for different cathode based commercial pouch cells under different pressure boundary conditions, Energy Storage Materials, Volume 73, 2024, 103793
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