鋰離子電池在充放電循環和長期存放過程中,由於內部的化學反應,電極材料會發生體積變化(特別是石墨負極),導致電池發生不同程度的厚度增加,這就是鋰電池的膨脹現象。為了解決這一問題,工程上通常會在電池包設計中加入"預壓緊"(Pre-tightening)」工藝。
以下為鋰電池膨脹原因及預壓緊設計的總結:
一、 鋰電池膨脹的原因
電化學膨脹(空間爭奪戰): 鋰離子在充放電過程中嵌入/脫出電極材料,導致材料晶格結構變化。矽基負極的膨脹率可高達 300% 以上,而石墨負極也在 10% 左右。
電解液分解與氣體產生: 在高溫、過充、高倍率充放電或老化條件下,電解液會發生分解並產生氣體(如二氧化碳、一氧化碳、甲烷等),氣體積聚導致軟包或方形電芯鼓脹。
材質因素: 鋰離子聚合物電池內部設計通常導致其在循環後期出現厚度增長。
二、 預壓緊(Pre-tightening)設計與作用
為減輕膨脹帶來的負面影響,電池模組結構設計中會採用「預壓緊」工藝,透過外部機械力約束電芯。
優化電極結構: 適度的預緊力能保持電極材料在充放電循環中的晶格結構相對穩定,減少鋰離子遷移過程中的電極脫落。
減少界面接觸電阻: 保持層間界面緊密接觸,減小電阻,有助於降低高倍率充放電時產生的熱量(Joule熱),進而減緩膨脹。
改善電解液浸潤: 穩定的壓力有助於保持隔膜對電解液的浸潤性
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