doi：10.14175/j.issn.1002-4581.2020.01.008
0 引 言
軟包電芯外部只有鋁塑膜封裝，沒有剛性殼體防護，電芯內部極片、隔膜的多孔狀態及介面結構，容易受到外部壓力影響電化學狀態，因此模組成組工藝過程中的約束壓力對軟包電芯效能影響較為顯著。
瑞典皇家學院、現代汽車的相關研究表明適當的壓力可以提高電芯迴圈壽命，大眾研究表明合適的約束方式也有利於提高電芯迴圈壽命，雖然定量試驗引數、試驗結果有一定差異，但均證明合適的約束可以顯著改善電芯迴圈效能。
現在模組成組工藝過程中，相當部分採用綁帶或螺桿固定模組為整體，在動力電池迴圈壽命末期，電芯厚度尺寸膨脹會顯著增加模組內壓強，甚至端板不均勻變形，但在模組層面分析壓力對電效能的研究較少；因此，分析模組外部壓力均勻性對電效能的影響，對模組結構安全性設計具有重要指導意義。
1 試 驗
1.1模組準備
3個試驗用模組樣品的外形如圖1所示，由以下部件組成(對應圖1中序號)：
1.模組正極銅排；2. 模組負極銅排；3. 60mm 厚pp(polypropylene，聚丙烯)端板，500kpa 壓強下無形變；4. 10mm厚pp 端板，上下部位設計2mm 深凹槽，用於綁帶限位；5. 端板上部金屬綁帶；6. 端板下部金屬綁帶；7. 36ah 三元軟包電芯，電壓使用範圍：2.75～4.12 v，共60 支電芯，6 並10 串組成模組，每串電芯監控電壓，第2、5、9 串電芯位置監控溫度。
模組成組工藝過程中，分別在端板施加50kpa、75 kpa、100 kpa 壓強，並分別使用金屬綁帶進行固定，模組編號：1#模組、2#模組、3#模組。
1.2 測試方案及條件
測試裝置為美凱麟mmt2-300-0100，進行模組充放電測試，其電壓量程為0～120v，電流量程為±300a。
試驗樣品篩選要求及試驗方案描述見表1。
2 模組一致性分析
2.1 dcr、容量一致性測試結果
測試1#模組、2#模組、3#模組dcr值差異小於5m，標稱容量值差異小於5ah，表明3個模組樣本初始效能差異很小，dcr、容量測試結果見表2。
2.2 迴圈壽命測試
模組樣本迴圈壽命測試了 400 周，發現模組外部約束壓力越大，模組容量衰減越快，容量衰減曲線如圖2 所示；1#模組(50 kpa 壓強)容量保持率為93%，2#模組(75 kpa 壓強)容量保持率為89%，3#模組(100 kpa 壓強)容量保持率為83%，同時3#模組壓差超過400 mv 報警閾值，出現壓差過大報警。
模組迴圈400週後單體電壓監控資料見表3，3#模組第1串電壓提前觸發2.75v保護電壓，其餘電芯仍處於均值3.22v電壓狀態，壓差過大是導致3#模組容量衰減過快的直接原因。
模組迴圈400 週後，2#模組在薄端板中部出現輕微變形，3#模組在薄端板中部出現明顯變形，模組外形圖如圖3～圖4 所示，變形端板位置靠近電壓最低的第1 串電芯，分析模組壓差過大與外部不均勻約束壓力具有一定關係。
2.3 模組壓差偏大原因分析
拆解 3#模組電壓最低的第1 串電芯發現電芯負極極片邊緣位置出現灰白色異物，懷疑產生區域性析鋰，極片外觀如圖5所示。
取該負極極片疑似析鋰位置樣本與正常區域樣本進行icp(inductively coupled plasma，感應耦合等離子體)測試分析，測試結果如圖6～圖7所示，白色異物樣本li元素含量是正常區域16倍，基本確認該區域產生析鋰。由於該區域與模組綁帶位置一致，也是模組壓力比較集中的位置，表明是由外部不均勻約束壓力導致區域性析鋰，進而導致模組壓差過大使壽命衰減過快。
外部約束壓力導致的析鋰機理如圖8所示，在充電過程中，li+通過正極極片、隔膜、負極極片孔隙進入石墨晶格還原形成li原子，極片的空隙是li+運輸的通道；但在一定外部壓力條件下，極片孔隙率會下降，導致li+傳輸通道受阻，在充電過程中從負極表面析出；同時析鋰導致析出鋰金屬單質可與電解液中有機溶劑反應生成鋰化合物，並區域性堵塞li+傳輸通道，產生不可逆活性li+離子損失，使電芯容量下降，模組內電芯間壓差增大。
3 結 論
電效能引數基本一致的模組分別在綁帶約束50kpa、75kpa和100kpa壓強條件下進行試驗，汽約束壓強越大，模組容量衰減越快，主要體現為模組放電末端壓差顯著增大；且模組外部約束壓車力越大，模組端板變形程度越明顯，與模組放電末端壓差數值增大的變化趨勢一致。
針對模組內壓降異常電芯，電芯拆解及icp分析表明，模組約束綁帶的應力集中位置電芯極片出現了析鋰現象，這與模組外部約束壓力降低了極片孔隙率，使li+傳輸通道受阻有關，電芯區域性析鋰導致的老化是模組放電末端壓差增大的主要因素；試驗結果表明模組壓力的不均勻性，在嚴重情況下會導致電芯區域性析鋰，造成模組單體電壓一致性變差影響迴圈壽命。
因此，在軟包鋰電池模組的研發和應用過程中，需要高度重視壓力均勻性對軟包電池模組一致性的影響，有效避免電池壽命的過快衰減，甚至區域性析鋰導致的安全事故。
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