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前 言

電芯一致性是目前各大電芯制造企業(yè)著重解決的難點之一。在電芯生產制造過程中，由于物料、設備和環(huán)境等波動，生產出來的電芯會存在微小的差異，這微小的差異在將電芯組裝成電池組后會進一步放大。好比于“木桶效應”，電池組內性能最差的電芯會直接影響到整個電池組的性能，包括安全性，循環(huán)壽命，容量發(fā)揮等[1-2]。接下來，小編主要從電芯的電壓、容量和內阻不一致三方面來講講對電池組的影響。

圖1：木桶效應

電芯不一致對電池組的影響

1：電壓不一致

以6個電芯串聯(lián)的電池組為例（圖2），假設在充電過程中5個電芯電壓為4.1V，而其中1個電芯已經達到滿充電壓4.3V，此時BMS會啟動過充保護停止充電，這直接導致了其余電芯電量未充滿，從而降低了電池組的電量儲存能力。在放電過程中也是同理，電壓低的電芯會優(yōu)先到達過放保護電壓，導致電池組提前結束放電，影響續(xù)航。電壓不一致除了會影響電池組的容量之外，還會使部分電芯頻繁地處于過充和過放的狀態(tài)，這將導致該部分電芯循環(huán)衰減加速并產生一定的安全風險。

圖2：電壓不一致的電芯串聯(lián)

2：內阻不一致

在電芯的生產制作過程中，漿料/涂布/冷壓的均勻度、極耳焊接效果等均會影響到成品電芯的內阻。內阻大的電芯在充放電過程中會產生更多的熱量導致電芯溫度升高，而高溫會加速電芯的老化并進一步提升內阻，屆時內阻和溫度形成了一對負反饋，導致電芯性能快速衰減，而性能衰減最快的電芯又直接決定了電池組的壽命。

圖3：電芯內阻、溫升對電芯壽命的影響

3：容量不一致

在串聯(lián)電路中，電池組的容量是由最小容量的電芯決定的。如圖4所示，假設在6個電芯串聯(lián)的電池組中，電芯容量均值為2.5Ah，最小的容量為1.5Ah。將6顆電芯單獨進行充放電所得的容量總和為2.5*6=15Ah。而若在電池組中，實際僅能發(fā)揮1.5*6=9Ah的容量，這主要是因為容量小的電芯電壓會提前到達滿充電壓使得電池提前停止充電，進而導致每個電芯僅能發(fā)揮出1.5Ah的容量。

圖4：容量不一致的電芯串聯(lián)

電芯不一致的解決方案

電芯不一致會導致電池組性能下降，并存在一定的安全風險，元能科技從不同維度研發(fā)了一系列產品來監(jiān)測電芯生產過程&電芯出貨的一致性，確保電池組中電芯的高度一致。

（1）來料檢測端：粉末電阻&壓實密度儀

陰陽極粉末在生產制造過程中同樣會因為設備、環(huán)境的波動而存在區(qū)別，從而進一步影響到電芯的容量和內阻等。元能科技推出粉末電阻&壓實密度儀可以應用于來料檢測，對粉末的電阻和壓實能力進行監(jiān)測以確保電芯投料生產的粉末質量處于同一水平，進而提升成品電芯的一致性。

圖5：粉末電阻率&壓實密度儀

（2）電芯生產制造端：極片電阻儀

電芯生產的前工序（攪拌，涂布，冷壓等）直接決定了電芯的最終性能，因此在前工序結束前設置一道關卡是十分必要的。元能科技自主研發(fā)的極片電阻儀，可以測量極片的體電阻以及相應的極片厚度，通過極片的電阻/厚度分布、波動來監(jiān)控極片生產過程中穩(wěn)定性和均勻性。

圖6：極片電阻儀

（3）電芯出貨端：電芯一致性篩分儀

電芯產出后通常會進行一致性篩分再進行電池組組裝。一般是通過電壓，容量和內阻進行分組，然而以上常規(guī)檢測數據基本都是監(jiān)控電芯的電子阻抗，對于電芯的離子阻抗幾乎沒有進行評估，這無疑是增加了電池組中短板電芯出現的概率。離子阻抗是電芯性能的重要指標之一，其直接影響到電芯的效率、老化速率和安全性等，但目前電芯生產線并未將離子阻抗納入出貨評估參數之一，這主要是因為常規(guī)的EIS測試儀（電化學工作站）價格昂貴，測試周期長導致。元能科技創(chuàng)新性研發(fā)出工業(yè)級的EIS快速測試設備——電芯一致性篩分儀，如圖7-a，該設備可對大批量電芯進行EIS快速測試，識別電芯界面電阻，鋰離子擴散能力等[3-4]，電芯制造企業(yè)可根據EIS數據對電芯一致性進行精細化分組，確保成組電芯的高度一致（圖7-b）。

圖7：(a) 電芯一致性篩分儀；(b) 10顆340Ah電池的EIS分布圖

總 結

?電芯一致性對于電池組的重要性不言而喻，它直接關系到電池組的性能、壽命以及安全性。電芯單體一致性的控制以及電芯篩分成組都是系統(tǒng)工程，需要考慮電芯的設計、生產、質量控制、電芯分組參數及其規(guī)格等多個維度。

參考文獻

[1] 李相哲，潘宏斌.蓄電池一致性討論 [J]. 電池工業(yè)，2005，10 (5) :285-289.[

2] 王佳元，孫澤昌，魏學哲，等.電動汽車動力電池分選方法研究 [J]. 電源技術，2012，36 (1) :94-98.

[3] W.X. Hu, Y.F. Peng, Y.M. Wei and Y. Yang, Application of Electrochemical Impedance Spectroscopy to Degradation and Aging Research of Lithium-Ion Batteries. The Journal of Physical Chemistry C［J］, 127 (2023) 4465-4495.

[4] Zhang S S, Xu K, Jow T R. Electrochemical Impedance Study on the Low Temperature of Li-ion batteries［J］. Electrochimica Acta, 2004, 49 ( 7) : 1057-1061．