动力/储能电池包由电芯串并联组成，但是电芯之间并不是直接接触的。由于锂离子电池在充放电过程中存在膨胀效应，电芯之间必须设置缓冲材料，以吸收机械应力。目前，多使用泡棉类材料以满足动态缓冲与静态支撑的双重需求。

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01 锂电池模组膨胀现象

锂电池被形象地称为“摇椅电池”，也就是说锂离子在电势差的驱动下在正负极之间来回移动，实现电能的存储和释放。

然而，Li+在嵌入和脱出正负极材料的过程中，会导致活性物质发生体积膨胀。这种膨胀现象存在可逆和不可逆两种类型，随着锂离子电池充放电次数的增加，不可逆膨胀会不断积累。

电芯膨胀原因主要有3个：电化学膨胀、产气膨胀和温度效应

两轮电动车铅酸电池间多用环氧板作为缓冲材料，然而，环氧板脆性较大，没有回弹性，不能吸收电芯膨胀力，因此不适合作为锂离子电池组的缓冲材料，尽管价格非常低。

相对于碳负极，硅负极锂离子电池能量密度显著提升，进一步提高电池能量密度的有效途径，但是由于膨胀率太大（循环100次后厚度增加15%-30%）一直难以实现应用。

02 缓冲材料的主要类型

由于电芯膨胀是其生命周期内的固有现象，设法避免膨胀带来的负面影响就成了延长电池寿命的关键。

如果电芯的不可逆膨胀没有得到良好的缓冲，将会进一步加速电芯的寿命衰减。

关于锂离子电芯的膨胀现象有以下几个规律：

1）空间分布：中间区域膨胀力比边缘更大

2）容量影响：电芯容量越大，膨胀率越大（储能电芯往往容量很大）

3）电芯类型：三元电芯膨胀率比磷酸铁锂更大（NCM811电芯膨胀率可达6-8%，LFP电芯仅3-5%）

实际上，能量密度越高的电芯，膨胀率越大

4）循环次数：随着充放电次数增加，不可逆膨胀不断积累，电芯膨胀越大

因此，缓冲材料可以说是模组必不可少的，其作用主要有：压力分散、位移补偿、隔热阻燃。

（1）硅胶泡棉

硅胶泡棉基体的密度为1.17g/cm3，经过发泡处理后，密度大概在0.16-0.20 g/cm3。其垂直阻燃性能可以达到UL94-V0，并且具有较低的压缩永久变形。尤其是对于容量较大的储能电池模组（膨胀力较大），推荐使用硅胶泡棉作为缓冲材料。

（2）EVA泡棉

EVA泡棉其实在生活中很常见——拖鞋底。买过这种拖鞋的朋友也许已经知道了它的缺点，那就是长期使用后鞋跟处会被永久性踩扁，这也说明EVA的压缩永久变形较大。

EVA价格便宜，主要应用于方壳电芯模组之间。

（3）CR泡棉

CR泡棉全称氯丁橡胶发泡材料，可以通过UL94V-0阻燃认证与RoHS环保标准。

特点：低密度、轻量化、低硬度、高压缩、良好的隔热和阻燃性能、优异的回弹性和使用寿命

（4）PU

PU是指由聚脲/改性聚氨脂由大量微细孔及聚氨酯树脂壁经络组成的共聚物。PU压缩回弹性稍差，多用于软包电芯模组之间。

特点：多孔性、密度低，比强度高。具有较高的回弹与透气性，低的滞后损失，较高的压缩负荷比值，亦具有较好的耐燃性，其耐热老化，湿老化和动力疲劳性。

（5）MPP

MPP是指采用聚丙烯（PP）通过清洁的超临界二氧化碳技术在其体内形成大量微米级气泡而形成的多孔发泡材料，MPP符合RoHS和REACH要求，在新能源领域应用广泛。

特点：质量轻、强度高、可高效吸收冲击能量、优异的阻燃性能、耐热性能

（6）气凝胶

以上讨论的都是主要以吸收电芯膨胀力作为主要功能的弹性材料。电芯间还有另一种常用的材料——气凝胶，其主要作用是隔热阻燃，不过气凝胶还具有良好的压缩性能，具有一定的缓冲作用。

例如，在1P13S模组在约200kgf作用下，2.0mm厚的气凝胶压缩厚约为1.5mm。

气凝胶隔热片是一种基于氧化硅气凝胶和陶瓷纤维基材复合得到的一种气凝胶复合隔热材料，具有低密度、孔隙率高、耐高温、低热导率等特点，可以有效阻隔热失控时电芯间的热量传递。

总结：

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       原文标题 : PACK制造工艺系列：锂离子电芯膨胀现象与泡棉缓冲材料