上篇文章，动力电池模组系统安全设计（二）电芯膨胀力，在测试膨胀力的时候，BOL开始时施加3000N的初始压力给电芯。
为什么要对电芯施加压力呢，电芯施加不同压力会是什么结果呢？本文来揭示模组设计的另外一个关键力：预紧力。
一、电芯循环寿命测试
电芯进行膨胀力测试时，实际上同步进行循环寿命测试，根据国标GB/T 31484-2021《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》要求，电芯循环寿命要求是：循环后容量保持率≥80% 。
下图是三星SDI 94AH电芯膨胀力和循环寿命的测试，可以看出低于80%容量后，除了容量衰减加快外，膨胀力也是加速增长。
二、 电芯无约束状态分析
在实际模组组装时，还要施加一定的预紧力，为什么呢？
在无约束状态下充放电时，主要是寿命方面难以达标，严重的会引发安全问题。
1、寿命方面：
石墨负极嵌锂膨胀（体积增幅 10%-12%）导致极片与隔膜产生微米级间隙，使锂离子传输路径延长，界面阻抗每循环增加 2%-3%。
500 次循环后，三元电芯容量保持率较加压状态低 15%-25%，LFP 电芯虽膨胀率低（0.3%-0.5%），但容量衰减仍相差 8%-12%。
2、安全问题：
负极颗粒因反复拉伸产生裂纹，SEI 膜持续破裂再生，1000 次循环后不可逆膨胀量达加压状态的 2-3 倍。
界面间隙还会促使电解液分解产气（CO₂、H₂等），每循环产气速率提升 0.05-0.1mL，累计气体可使电芯厚度增加 5%-8%，最终导致鼓包甚至热失控。
三、电芯加压过大分析
当预紧力过大时，轻微的会造成内部缺陷影响电芯正常输出，严重的会造成壳体开裂：
1、内部缺陷：
0.8MPa 以上压力会压溃聚丙烯隔膜（厚度从 20μm 压缩至 12μm 以下），导致正负极微短路；
过度压迫使正极活性材料颗粒间接触电阻升高，高倍率放电容量下降 10%-15%。
2、结构层面：
铝壳方形电芯壳体屈服强度通常为 150-200MPa，若预紧力使壳体承压超过 200MPa，会出现永久性变形（厚度减少 0.5-1mm），甚至壳体开裂造成漏液；
3、压力参考值：
部分电芯规格书会给出压力参考值：
四、压力预紧力调整区间
预紧力设计需满足阈值区间约束：
1、下限阈值：
确保极片 – 隔膜接触阻抗≤5mΩ・cm²，通常对应压力 0.2-0.3MPa（100×100mm 电芯约 2000-3000N）；
2、上限阈值：
不超过电芯壳体屈服强度的 80%，三元电芯一般≤0.8MPa（8000N），LFP 电芯≤0.6MPa（6000N）。
五、试验对比
看一个案例：
在张军、 曾云路、邹舜章等的《软包锂电池在适当压力下的膨胀及寿命研究电池》中，对一款37Ah软包电池进行了加压和未加压的SOH（健康状态）对比。
700次循环前：
可以看出加压电池在循环开始后SOH突然下降，这说明电池初期放电的不稳定性，随着循环次数增加，SOH缓慢地升高。而未加压电池随着电池循环次数的增加，电池SOH处于一直衰减的状态。
700 次循环后：
加压电池 SOH 反超未加压电池，加压电池 2000 次循环后仍在稳定容量区间浮动，放电能力良好；反观未加压电池 1800 多次循环后容量仅余初始 80%，接近寿命末期。
这表明适当机械压力合适压力可延长电池寿命 10% 以上，主要原因是压力能让电芯接触更紧密、电解液状态处于更佳状态，减少了活性锂损失，从而抑制容量的衰减，提升了中后期充放电性能。
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