锂离子电池的不一致性影响因素及需要严控的电芯性能指标

锂离子电池的一致性是指同一批锂离子电池或者锂离子电池组内部各个单体电池之间的容量、内阻等参数一致性程度高低，如果各电芯之间的这些参数存在较大的差异，就会导致电池组的性能如容量不足、充放电速率不同、电池寿命不同等问题不一致，严重时可能导致锂离子电池/组出现安全问题。为了达到使用设备的容量和功率要求，通常需要把多个电芯单体组装成电池组，随着使用的次数增加，电芯间的“先天”和“后天”不一致性逐渐劣化，电池组的性能又取决于单体中性能最差的电芯性能，这就是电池的短板效应。

电池性能的“先天”差异是由电极的生产、装配、检测等过程，其中生产过程的测量误差和材料的不均匀性导致，具体来说，每块电池中的电极厚度、电解质浓度和SEI 膜形成过程等都存在细微差异，这可能造成即使同一批次生产的电池，初始容量、内阻、自放电率等参数也会出现不一致，同时组装时，组装工艺也对电池的一致性产生很大影响。由于复杂的充放电环境，电池之间存在温度和位置差异，使“先天”的细微差别剧增，形成“后天”的不一致性。“先天”的一致性，通过控制原材料和生产工艺过程，组装工艺来减少，“后天”的一致性主要通过BMS均衡，热管理等来缩小。

单电芯的一致性差会缩短电池组的寿命，同时使电池组的性能大打折扣，单体电池间的差异越小，电源系统的荷电状态(SOC)估计误差越小。

在工厂或者pack厂一般通过静态分选来保证成组锂离子电池的一致性，主要包括电池的电压，内阻，容量，能量，K值的大小，温度等来进行分选，具体的指标根据电池的性能和使用的要求来确定，如果对电池组的安全性和电性能指标要求比较高，可能还需要对比充放电曲线的相似度，但无论怎么控制，都不可能达到绝对的一致性，而只是但对的一致性，对于电芯的静态分选一致性主要有几下几个方面的影响因素：

1.电芯容量

容量不一致的单体电芯串并联成组电池表现为充放电的快慢不一样，若以容量大的电池电压为截止电压，容量小的电池就会充不满，造成成组电池容量利用率不高；若以容量小的电池电压作为截止电压，容量大的电池就会出现过充，短时间会影响电池的性能，长时间会大大衰减电池寿命，甚至出现电池安全问题。

2.电芯内阻

内阻不一致的锂离子单体电池进行并联，内阻大的电池通过的电流小，发热量小，而内阻小的电池通过的电流大，发热严重，从而导致电池充放电倍率不一致性，串联的单体电池中内阻小的锂离子电池由于电流充放电倍率大，在同一充放电条件下会先于其他单体电池达到充放电截止电压。内阻不一致的锂离子单体电池进行并联，并联电路，各支路理论上电压相等。

3.电芯的能量

电池的充放电能量一方面是电池综合性能的反映，另一方面电池串并联成组时，每个单体电池储能和对外做功一致降低木桶效应。

4.电芯的K值

电池K值(单位一般为mV/d)就是在一定的条件下，开路电压变化的值，是衡量电池自放电率的指标，K值大，则表明电池组过度自放电，自放电到深度亏电状态，就会出现永久损失。自放电率不一致的电芯，在组装成后，在后期的使用过程中，一致性会越来越不好，同时会导致电池组的容量不一致，内阻不一致，充电速率不一致，温度不一致，最后导致电池的能量利用率降低，严重还可能导致热失控等。

5.电芯的充放电温度

当温度低时，会降低电池内部反应的速度，锂离子移动速度缓慢，电池充放电量往往不满，而温度高时，加快电池内部的反应速度，往返隔膜的锂离子速率加快，短时间内能将电池充满或者放完电量，电池的温度过高对电池本身也会造成不可逆转的损坏，串并联电池成组方式和布局的不一致性，导致锂离子电池工作环境不同，即温度条件不同，会出现电池充放速度的快慢现象，最终导致锂离子电池容量出现差异，严重时缩短电池组使用寿命。电池成组使用时温度过高，若持续时间长，对电池的性能产生影响，导致电池不一致性加大，严重时会出现热危害。

这只是对电芯一致性的控制，电芯组成电池组时，组装工艺参数控制不严格或者不合理，也会导致电池组的一致性变差，但是加入了BMS的均衡功能和热管理系统，可以使得电池组内电芯的一致性得到一定的改善，具体的这些指标值与电池的性能，大小，还有设备对电池要求决定。