許多熟悉方形鋰離??子電池構(gòu)造的人都會(huì)說(shuō)它會(huì)呼吸。充電和放電會(huì)引起溫度變化，電化學(xué)和內(nèi)部組件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變內(nèi)部壓力。當(dāng)制造商試圖創(chuàng)建一種高效，輕便和安全的產(chǎn)品時(shí)，設(shè)計(jì)師必須密切了解這些特性，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

不管是哪個(gè)行業(yè)，消費(fèi)電子產(chǎn)品或儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶都在要求更輕，更緊湊，具有更高能量密度和更快充電的電池。在發(fā)生災(zāi)難性事件時(shí)，它們也必須是安全的。這些功能通常會(huì)發(fā)生沖突，要找到一個(gè)平衡點(diǎn)并保持成本競(jìng)爭(zhēng)力可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在考慮材料和電池構(gòu)造時(shí)，評(píng)估壓力動(dòng)態(tài)對(duì)于維持材料間距，控制放氣并防止過(guò)度溶脹至關(guān)重要。

什么是壓力映射？

即使在相對(duì)平坦的表面之間，您可能也會(huì)發(fā)現(xiàn)界面壓力分布在峰值壓力的局部區(qū)域內(nèi)通常也不均勻。壓力映射技術(shù)可幫助設(shè)計(jì)工程師深入了解可能影響設(shè)計(jì)和質(zhì)量的領(lǐng)域。

如圖1所示，壓力映射系統(tǒng)由三部分組成-傳感器，掃描電子設(shè)備和軟件-以其他方法無(wú)法提供的方式提供實(shí)時(shí)，可操作的數(shù)據(jù)。

圖1：設(shè)計(jì)人員和工程師使用壓力映射系統(tǒng)（例如上圖所示）來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)配合表面之間的界面壓力。

傳感器是壓阻式感應(yīng)點(diǎn)的陣列，可測(cè)量感應(yīng)區(qū)域上的壓力分布。傳感器將壓縮壓力負(fù)載轉(zhuǎn)換為電阻變化。

• 傳感器通常具有大約2,000個(gè)感測(cè)點(diǎn)，但是某些傳感器可以設(shè)計(jì)為具有超過(guò)16,000個(gè)感測(cè)點(diǎn)。
• 傳感元件間距（間距）可窄至0.64毫米（0.025英寸）。
• 傳感器可以測(cè)量高達(dá)25,000 PSI（172 MPa）的壓力范圍
• 高溫傳感器選項(xiàng)最高可達(dá)200??°C（400°F）

掃描電子設(shè)備從傳感器收集模擬數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

• 掃描速度高達(dá)20,000 Hz
• 該軟件顯示傳感器區(qū)域的實(shí)時(shí)活動(dòng)，使用戶可以查看力，壓力，接觸區(qū)域和計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)。

研究支持的測(cè)量疊層壓縮應(yīng)力的方法

盡管許多制造商在制造過(guò)程中付出了巨大的努力來(lái)維持恒定的煙囪構(gòu)造，但許多制造商并未將煙囪壓力作為其質(zhì)量程序的一部分進(jìn)行驗(yàn)證。此外，隨著電池的充電和放電，許多電池?zé)o法對(duì)電池組的內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行量化。

在2013年普林斯頓大學(xué)的一項(xiàng)研究1中，研究人員發(fā)現(xiàn)，高電池堆壓力“對(duì)長(zhǎng)期電池性能產(chǎn)生了強(qiáng)烈影響，壓力水平越高，容量衰減率越高?！碑?dāng)陽(yáng)極和陰極分離時(shí)，顯著的內(nèi)部壓力會(huì)導(dǎo)致塑性變形，分層和內(nèi)部阻抗增加。盡管較低的煙囪壓力可提供更好的長(zhǎng)期性能，但當(dāng)壓力太低時(shí)仍可能發(fā)生分層。

尋找住房壓力的“最佳地方”成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。稱(chēng)重傳感器固定裝置可以表征電池組件上的平均壓力。盡管這項(xiàng)研究成功地測(cè)量了循環(huán)測(cè)試中的平均壓力，但壓力映射技術(shù)為工程師提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，使他們可以深入了解此應(yīng)用并確定特定的壓力區(qū)域。

測(cè)量電池堆應(yīng)力的新模型

傳感元件的薄而靈活的陣列提供了幾乎任意兩個(gè)表面之間不同壓力的全面數(shù)據(jù)。如圖2所示，在進(jìn)行電池充電/放電循環(huán)測(cè)試時(shí)，可以將0.01mm厚的傳感器包裹在電池周?chē)?，以提?60o的視野。

圖2：該模型演示了電池設(shè)計(jì)人員如何使用壓力映射技術(shù)來(lái)測(cè)量在對(duì)鋰離子電池充電和放電時(shí)出現(xiàn)的壓力。輕巧而靈活的傳感器可緊密貼合在幾乎任何固定裝置或電池類(lèi)型之間。

通過(guò)壓力映射，為研究人員和電池設(shè)計(jì)人員提供了豐富的評(píng)估工具，并了解了不同使用參數(shù)對(duì)其設(shè)計(jì)的影響。這些研究幫助設(shè)計(jì)師找到了適合自己需求的正確材料和最佳結(jié)構(gòu)，從而帶來(lái)了更好的設(shè)計(jì)和可重復(fù)的結(jié)果。

壓力映射已用于數(shù)月的研究中，以評(píng)估數(shù)千個(gè)充電和放電循環(huán)中的壓力曲線，該原理可用于評(píng)估電池外殼材料。

圖3顯示了長(zhǎng)期電池充電/放電周期測(cè)試的五個(gè)小時(shí)部分的數(shù)據(jù)?；谶@些短期結(jié)果，在充電和放電時(shí)會(huì)發(fā)生清晰的界面壓力動(dòng)態(tài)變化，包括電池上在充電過(guò)程中顯示出過(guò)大壓力的特定區(qū)域。

圖3：五個(gè)小時(shí)的充電/放電循環(huán)測(cè)試示例。前兩個(gè)圖像顯示了放置在固定裝置中的電池，而屏幕截圖顯示了壓力輸出。

該技術(shù)也已用于評(píng)估外殼設(shè)計(jì)或在沖擊測(cè)試中識(shí)別電池上的易損位置。

在嘗試優(yōu)化本文所述的特性時(shí)，設(shè)計(jì)人員切勿損害其產(chǎn)品的安全性。充電過(guò)程中溫度升高會(huì)導(dǎo)致鋰化，從而導(dǎo)致放氣。電池中其他氣體的內(nèi)部壓力會(huì)導(dǎo)致外殼或隔板故障，從而導(dǎo)致熱失控反應(yīng)。

壓力映射技術(shù)已成為一種重要的方法，可以幫助工程師識(shí)別棱柱形電池單元幾乎任何位置的局部壓力區(qū)域，從而帶來(lái)更好的設(shè)計(jì)決策和更持久的技術(shù)。

編輯：hfy