軟包電池的應力設計1-電池的需求
技術乾貨來源於：ind4.net在解析很多的結構之後，我們也要做一些原理性的界定。在整個溝通過程中，我發現其實很多零部件企業不清楚到底為何要用這些材料，甚至是結構工程師們也不清楚整個設計需求的傳遞過程，我把整個事情理一理，然後梳理一下整個設計過程中需要各自做的事情，然後確定在不同層面需要做的工作，以實現整個設計開發的高效運轉。
1） 機理層面的情況
簡單來說，在鋰電池的使用過程中，微觀上鋰離子脫嵌引起活性材料晶胞體積的變化，宏觀上會造成活性顆粒體積的變化，進而引起電極厚度的變化，並使得電芯膨脹和收縮。在材料、極片和電芯水平上都伴隨著應力和應變的變化，會影響電池的性能，需要在電芯設計時考慮材料、極片和電芯的應力和應變。
- 循環過程中，電極存在化學改性和結構疲勞
- 循環或儲存過程中的機械應力不僅能引起電活性材料的惡化，也能影響非活性材料
圖1 微觀層面引發的後續情況
根據實際經驗，軟包電池都需要對電芯施加一定的力進行壓緊，對電池進行約束，防止電芯在Z方向進行串動，而且也有實際的限制極片膨脹的要求。這個壓力是電芯企業評估整體的耐受力有關係，壓力太大會導致容量衰減率過高，其次也會導致隔膜局部變形以及化學降解。而且本身容量在變化過程中，電芯的厚度會增加一定的百分比。
2） 工程層面的動作
這個工作層面就多了，在供應商層面，對電芯的情況需要進一步測量。
而在電芯測試上面，用戶需要對於電芯的數據，在全方面進行檢查。現在對於電芯前期數據，電芯供應的初始數據，出現挺大規模的亂搞行為，這不是一家電芯企業的情況，一定程度上也是電池供應商遠少於使用者造成的。如果應用端不去進行測試的話，後面很多事情不好預測。
在電芯結構層面，後面會交流細緻的模組設計的過程，包括零件的選擇，泡棉、螺栓還有端板的一些設計考慮。
在設計完成之後，在模組層面和Pack層面進行驗證，特別是後續抓住機會對一些進行耐久性的樣品進行了解。
圖2 圍繞電池的應力和應變的相應工程實施過程
由於後續電池成組設計需要考慮電池厚度的變化，模組結構件能夠承受因電池厚度變化產生的應力變化。在電芯實驗的時候會預設一個夾緊力，該夾緊力一般會根據電池供應商提供的參考，對電芯膨脹力來設置。
實驗目的：鋰離子電池在不斷的充放電過程中，極片會不斷膨脹和收縮，整體上電池厚度也表現出在一定範圍內變化。隨著電池使用時間的延長，由於SEI膜的增長、粘結劑的溶脹等因素，電池厚度會有一定程度上增加。
測試構建：測應力變化的裝置如下圖所示，電池放置在裝置中，並夾緊，測試中電池厚度保持不變。循環過程中電池應力變化是動態的，膨脹力大小與預緊力相關，其力學性能是非線性彈性的。充放電過程中，不同預緊力下的應變變化相近，但應力波動隨預緊力的增加而增大。
通過不同的DOE實驗，可以分析得到一個電芯的預緊力範圍，過大的預緊力會加速電池容量衰減。這個範圍，可以通過實驗進行測定。
圖3 單體應力實驗設置
圖4 壓力設置對於電芯循環特性的影響
如下圖所示，一方面獨立的循環壽命可以對電芯實際進行評估，而在進行評估的時候，我們可以收集膨脹的數據，以對原有的基礎設置進行檢驗。
圖5 一定層面的容量衰減實驗，也需要對於壓力和膨脹進行聯動的瞭解
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