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一(yi)、引言

隨著(zhu)應用需求(qiu)的(de)(de)不斷提高，對鋰電(dian)(dian)池電(dian)(dian)芯的(de)(de)容量(liang)要(yao)求(qiu)也日益(yi)增加(jia)，增大(da)電(dian)(dian)芯直徑成為提升容量(liang)的(de)(de)一種(zhong)常見方式。電(dian)(dian)芯直徑過(guo)大(da)也帶來了(le)一系列問題，深(shen)入探究其直徑過(guo)大(da)的(de)(de)原因(yin)，對于優化鋰電(dian)(dian)池性能、推動行業發(fa)展(zhan)具有重要(yao)意義。

二、生產工藝(yi)限(xian)制

（一(yi)）卷(juan)繞工藝的空間利用率與(yu)變形問題

目前，主(zhu)流的卷繞工藝(yi)是電芯制造(zao)的關鍵環(huan)節，但存在(zai)天然的結構(gou)限制。

1. 內(nei)部空間利用率問(wen)題

卷繞過程中，極(ji)片(pian)與隔膜需通過卷針(zhen)連續纏繞，形成(cheng)“多層疊加(jia)”的(de)結構。由于卷針(zhen)的(de)彎折區域(yu)（如方形卷針(zhen)的(de)邊角）和(he)焊接區域(yu)（極(ji)耳連接處(chu)）無法完全填充活性材料，導致內部空間利(li)用率較低。為(wei)了補償容(rong)量(liang)損(sun)失，就需要增大電(dian)芯直徑(jing)以容(rong)納更多極(ji)片(pian)，從而提高電(dian)芯的(de)整體容(rong)量(liang)。

2. 極(ji)片變形問(wen)題(ti)

卷繞后的(de)電芯(xin)需通過抽(chou)針（卷針退出(chu)）完成定型，但卷針形(xing)(xing)狀（如扁菱形(xing)(xing)）會導致極片張力波(bo)動（線速(su)度(du)變化可(ke)達 10 倍以(yi)(yi)上），引(yin)發(fa)“S”變形(xing)(xing)（極片扭曲）或內部(bu)褶皺。為(wei)避免這些問題(ti)，需適當(dang)增大直徑(jing)以(yi)(yi)降低張力對邊緣的(de)影響，保證極片的(de)完整(zheng)性和電芯(xin)的(de)性能。

三、材料特性

（一(yi)）膨(peng)脹與(yu)熱(re)失控風險

1. 電極(ji)膨脹

充電過程中，SEI 膜（固體(ti)電解質(zhi)界面(mian)膜）形(xing)成(cheng)會產生氣體(ti)，同時電極(ji)材料（如(ru)石墨、硅基材料）因鋰離(li)子嵌入會發生晶格(ge)膨脹(zhang)。方形(xing)電芯(xin)(xin)的(de)平面(mian)結構耐壓能力(li)(li)弱，直(zhi)徑增大(da)時，殼(ke)壁承受的(de)應力(li)(li)更大(da)，導致(zhi)鼓脹(zhang)加(jia)劇。這不(bu)(bu)僅(jin)影響電芯(xin)(xin)的(de)外觀和(he)尺寸穩定性，還可能對電芯(xin)(xin)的(de)性能和(he)安(an)全(quan)性產生不(bu)(bu)利(li)影響。

2. 熱管理挑(tiao)戰

大直徑(jing)電芯(xin)的內部熱阻增(zeng)(zeng)(zeng)加，充放電時熱量難以擴散，導(dao)致內部溫差擴大（如頂部與底部溫差可達(da) 5 - 10℃）。溫度不均會加速(su)電極材料老化，同時增(zeng)(zeng)(zeng)大熱失(shi)控(kong)風險（熱失(shi)控(kong)時氣體排出路徑(jing)延長，壓(ya)力(li)累積(ji)更快(kuai)）。熱管理問題(ti)成為限制電芯(xin)直徑(jing)進一(yi)步(bu)增(zeng)(zeng)(zeng)大的重要因素之一(yi)。

四、安全與結構設(she)計

（一）極片對齊(qi)與(yu)隔膜完整性

大直(zhi)徑電芯的(de)卷(juan)繞(rao)層數更多，極(ji)片(pian)與隔膜的(de)對(dui)齊精(jing)度要(yao)求更高(gao)。若張力(li)控(kong)制不當，易出現極(ji)片(pian)偏移、隔膜褶皺，導(dao)致正負(fu)極(ji)直(zhi)接接觸（短路）。短路是鋰電池安(an)全(quan)的(de)重(zhong)大隱患，可能引(yin)發熱失控(kong)、起火甚至(zhi)爆炸等嚴(yan)重(zhong)后果(guo)，因此對(dui)極(ji)片(pian)對(dui)齊和隔膜完整性的(de)要(yao)求限制了電芯直(zhi)徑的(de)擴大。

（二(er)）熱(re)失控防(fang)護

電芯(xin)直徑(jing)增大時(shi)，熱失控排(pai)氣(qi)路(lu)徑(jing)（從內部(bu)到(dao)外殼的距離）變長(chang)，高溫(wen)氣(qi)體無法及時(shi)排(pai)出，會加劇內部(bu)壓力累積，增加爆炸風險。為了保證電芯(xin)的安(an)全性，需要(yao)在熱失控防護方面采取更有(you)效的措施，但這也(ye)對電芯(xin)直徑(jing)的增大形成(cheng)了一定的制(zhi)約。

五、設備與工(gong)藝適配(pei)性

（一(yi)）卷針(zhen)與張力控制的局限性

1. 卷(juan)針形(xing)狀(zhuang)限制

圓形卷(juan)針會導致極耳變形，扁(bian)菱形卷(juan)針需通過變張力卷(juan)繞（張力隨層(ceng)數增(zeng)加而(er)減小）或(huo)變轉速(su)卷(juan)繞（線(xian)速(su)度波動降低）來(lai)減少變形。但這些工藝調整需犧牲(sheng)部分(fen)生產效(xiao)率，且對大直徑電(dian)芯的(de)適配性(xing)仍有限。不同形狀的(de)卷(juan)針對電(dian)芯直徑的(de)擴(kuo)大存在一定的(de)阻礙(ai)作用。

2. 設備精度要求

大直徑(jing)(jing)電芯(xin)(xin)的(de)卷繞需(xu)要更高(gao)的(de)張力控制(zhi)精(jing)度（誤差需(xu)小(xiao)于(yu)±5%）和卷針(zhen)同心度（偏差需(xu)小(xiao)于(yu) 0.1mm），現有設(she)備的(de)精(jing)度限制(zhi)了(le)電芯(xin)(xin)直徑(jing)(jing)的(de)進一(yi)步(bu)擴大。設(she)備精(jing)度成為制(zhi)約電芯(xin)(xin)直徑(jing)(jing)增大的(de)硬件(jian)因素。

六、性(xing)能需求

（一）容量(liang)與功率的平衡

1. 容量提升需求

為滿足儲(chu)能、動力電(dian)(dian)(dian)池等領域的高容量需(xu)求（如 500Ah +、600Ah + 電(dian)(dian)(dian)芯），需(xu)增大(da)電(dian)(dian)(dian)芯直徑(jing)以容納更(geng)多(duo)活性(xing)材料。但直徑(jing)增大(da)時(shi)，電(dian)(dian)(dian)子遷移(yi)路徑(jing)（從極片邊緣到極耳(er)的距離）變長，導致內阻增加（效(xiao)率下(xia)降約 2 - 5%），需(xu)通過全(quan)極耳(er)設計（縮短電(dian)(dian)(dian)流路徑(jing)）彌補(bu)。在(zai)追求高容量的同時(shi)，需(xu)要解決內阻增加帶來的效(xiao)率問題。

2. 功率性(xing)能(neng)限制

大直(zhi)徑電芯的(de)倍(bei)率性能（快充/快放能力）會下降，因(yin)內部離子(zi)擴散距離增(zeng)加。為平衡容量(liang)與(yu)功(gong)率，需優化(hua)極片材料（如高倍(bei)率石墨）或結構（如多極耳設(she)計），但這(zhe)也(ye)會增(zeng)加制造難(nan)度。容量(liang)和功(gong)率之(zhi)(zhi)間的(de)平衡問題是導致電芯直(zhi)徑增(zeng)大面臨挑戰的(de)重要原因(yin)之(zhi)(zhi)一。

七(qi)、總結

鋰電池電芯直徑過大是生產工藝限制、材料(liao)特性、安(an)全(quan)設計、設備適配及性能需求共同(tong)作用的結果(guo)。盡管增大直徑可提升容量，但需解(jie)決變形、熱(re)管理、安(an)全(quan)及功率性能等問題。