可提升电池性能的压缩垫

Nick Flaherty撰文称，圣戈班的研究人员已开发出预测模型，可精准预报电池组中压缩垫的机械性能。

锂离子电池在充放电过程中会出现膨胀和收缩现象，同时还会因老化而发生不可逆的肿胀。压缩垫是确保电池组长期性能的关键组件。

压缩垫的主要功能是在电池单元之间起到缓冲作用，通过施加均匀且适宜的压力来适应体积变化。它能够吸收电池单元膨胀带来的应力，并保持模块的结构完整性，从而减缓老化过程，提升电池系统在数千次充放电循环中的耐用性与安全性。

研究人员在多种条件下测定了弹性垫的基本机械性能，这些条件包括不同的压缩速度和温度，而这些都与实际的电池应用密切相关。通过评估在不同工作温度下数千次充放电循环后的性能，可以衡量该弹性垫的长期机械韧性，从而确认其能否在长时间内保持稳定的压力。

借助建模与仿真技术，开发者能够以虚拟方式探索设计空间，从而加快为电池组应用开发出优化设计的压缩垫的进程。

通过在整个使用过程中为电池单元保持适当的压力，压缩垫有助于提升容量保持率并延长电池寿命。此外，它们还能在减少振动的同时适应电池单元的移动，并为电池模块提供电气绝缘作用。

为模拟电池组的工作环境，会在从零下温度到60–70摄氏度的广泛温度范围内进行循环疲劳测试。此外，3000次恒应变循环压缩测试也能模拟材料所承受的长期使用应力。

“过去十年的研究表明，施加在电池单元上的压力水平会直接影响其使用寿命和容量保持率。存在一个最佳压力范围，例如软包电池的理想压力通常在20到40千帕左右，这样的压力才能使电池性能和寿命达到最佳。如果压力过高或过低，电池的衰减速度会大大加快，甚至可能提前失效，”圣戈班公司的高级研究工程师邓伟林说道。

建模非常重要，因为没有通用的解决方案——电池的需求会因电芯化学成分和设计而异。例如，棱柱形电池需要适度坚硬的材料，而软包电池通常需要较柔软的压紧垫，固态电池则要求非常坚硬的压紧垫。

该数字工具可让人们根据需求调整材料的压缩性能。通过压缩力与变形数据，可在20%、50%和70%等不同压缩强度下评估材料性能，从而在不完全依赖实验室测试的情况下满足特定应用需求。

该工具会推荐合适的材料及最佳厚度，并同时显示相应的应力-应变曲线。例如，它可能会建议使用PF150这类材料，并设定特定的厚度，以满足既定的质量要求。

它还支持多材料设计，通过组合不同泡沫材料来评估整体的压缩性能。

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