不同极片数量对锂离子电池膨胀力的研究 硬件工程师电路分析物联网模电单片机嵌入式技术.doc

《不同极片数量对锂离子电池膨胀力的研究》 锂离子电池在新能源汽车和物联网设备中扮演着关键角色，其性能直接影响着设备的运行效率和使用寿命。本文主要探讨了极片数量对锂离子电池膨胀力的影响，这对于优化电池设计、提高电池寿命具有重要意义。 在锂离子电池的工作过程中，膨胀现象是一个不可忽视的因素。在充电时，锂离子在负极还原为锂并嵌入石墨，导致负极厚度增加；放电时，锂离子则从石墨中析出，负极厚度减小。首次充放电时形成的固体电解质界面（SEI）膜会在后续循环中不断破坏和再生，使负极持续膨胀。同时，由于锂枝晶的形成和“死锂”的存在，电池的膨胀程度会随充放电次数增加而增大。此外，电解液在充放电过程中分解产生的气体也是造成电池膨胀的重要原因。 宁德时代（CATL）与中南大学的研究团队合作，通过实验验证了不同数量的电极片对电池膨胀力的影响。他们分别使用40片和60片电极片组装了S40和S60电池，并进一步组装成电池模块（S40_1P6S和S60_1P4S）进行研究。研究发现，尽管电极片数量不同，但在相同条件下的循环容量衰减趋势和膨胀力增长基本一致，表明电极片数量对电池早期的膨胀影响不大。然而，电池和模块的膨胀力数据对评估其长期稳定性和结构强度至关重要。 为量化膨胀力，研究者在电池和端板间安装了压力检测装置，并在25°C下以1C/1C的充放电电流进行测试。通过对电池和模块的膨胀力数据进行记录，可以预测模块在寿命终结时的应力分布，以确保设计满足强度要求。在模拟软件ABAQUS的帮助下，研究人员可以建立模块的三维模型，输入膨胀力参数和材料特性，以分析和优化模块的结构设计。 研究结果表明，尽管电池在早期循环中的容量衰减和膨胀力增长趋势相似，但随着循环次数的增加，不同极片数量可能会导致膨胀力的差异，进而影响电池和模块的结构稳定性和寿命。这些发现对于优化电池结构，减少电池膨胀对设备的影响，以及提升新能源汽车和物联网设备的电池性能具有深远的指导价值。通过深入理解电池膨胀机制并精确控制电池设计，我们有望实现更高效、更安全的锂离子电池解决方案。