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锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优势，已广泛应用于消费电子、电动汽车和储能系统等领域。随着应用场景对安全性和寿命要求的不断提升，电池的机械可靠性，尤其是充放电过程中的电芯膨胀行为，成为研发与测试环节关注的焦点。 锂离子电池在充放电过程中，由于锂离子的不断嵌入和脱出，正负极材料会发生结构膨胀，同时电解液分解也可能产生气体，导致电芯体积发生变化。准确测量电芯的膨胀行为，对优化电芯设计、保障电池安全至关重要。而在膨胀测试中，恒压力模式和恒间隙模式是两种最核心的测试方案。 恒压力模式：对电芯表面施加恒定的压力，通过高精度压力调控系统实时保持充放电过程中压力恒定，同时采集厚度变化曲线。 恒间隙模式：先对电芯施加一个初始预紧力，通过高精度位移调控系统保持该预紧力对应的间隙不变，实时采集充放电过程中的压力变化曲线。通常选择满放态的电芯作为初始状态，保证间隙一致性。 苏州利电的YPZ-110设备拥有多种电芯膨胀测试模式，我们对三元电池进行恒压力测试和恒间隙测试。 测试方案：恒压力模式&恒间隙模式 预紧力：0.2MPa 样品制备与测试：2500mAh三元电池 充放电工步： 图1：0.2MPa恒压力模式电池测试数据 表1：0.2MPa恒压力模式电池循环容量 表2：0.2MPa恒压力模式电池充放电厚度变化量 图2：0.2MPa恒间隙模式电池测试数据 表3：0.2MPa恒间隙模式电池循环容量 表4：0.2MPa恒间隙模式电池充放电膨胀力变化量 上图表为同一个三元电池进行恒压力和恒间隙模式测试的数据，我们可以看到在恒压力模式测试时电池整体趋势为恒流充电时厚度增加，恒压充电时厚度基本不变，恒流放电时厚度减小，满充时膨胀量达到0.0772mm，膨胀百分比约为1.58%。恒间隙模式测试，充电时电芯膨胀力随电压升高而增加，满充时膨胀力达到约440kg，放电时膨胀力减小。 对于这两种常见的测试模式，恒压力模式更适合材料评估阶段。通过对比不同材料的膨胀厚度差异，可以筛选出膨胀行为更优的材料体系——例如不同硅碳含量的负极材料，在相同压力下测得的膨胀厚度差异就非常直观。 恒间隙模式则更多地应用于电芯/模组/Pack设计或仿真环节。通过对比不同初始预紧力条件下的膨胀力变化，可以分析束缚边界材料的刚度——例如对比不同模组壳体或不同缓冲棉的性能差异，从而为结构设计提供输入。 总的来说，恒压力模式更适合前期筛选材料，能帮我们直观看出哪种配方的膨胀更小；恒间隙模式则更适合结构设计，能明确模组需要多大的预紧力、该选多软的缓冲棉。实际开发时，两种方法配合使用，就能从材料端到结构端把膨胀行为摸清楚，让电池包设计得更合理、更耐用。
