一、引言

锂电池极耳冗余设计对于保障锂电池的性能和安全性至关重要。合理的极耳冗余能够适应多种复杂情况，如设计要求、生产工艺波动以及使用过程中的各种变化，避免极耳出现断裂、虚焊等问题，以确保锂电池的稳定运行。对于深入研究锂电池极耳冗余的影响因素具有重要的现实意义。

（一）锂电池极耳概述

极耳是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，是电池充放电时的电流进出口。其质量和性能直接影响到锂电池的充放电效率、安全性和使用寿命。在锂电池的设计和制造过程中，极耳的设计和处理需要充分考虑各种因素，以满足不同应用场景的需求。

二、设计适配性因素

1. 电芯尺寸与封装方式

不同类型的电芯在尺寸和封装方式上存在差异，这对极耳冗余提出了不同的要求。

（1）软包电芯通常需要预留更多的冗余以适配封装边距。软包电池的封装通常采用铝塑膜，在封装过程中需要一定的边距来保证封装的密封性和稳定性。因此，极耳需要有足够的长度冗余，以确保在封装过程中能够顺利连接到外部电路，同时避免因封装过程中的挤压等操作导致极耳损坏。

（2）圆柱和方形电芯则需要匹配外壳焊接空间。圆柱电芯的极耳需要与圆柱外壳进行焊接，方形电芯的极耳需要与方形外壳焊接。随着电芯尺寸的增大，极耳冗余量的要求通常也会相应提高。这是因为较大尺寸的电芯在焊接过程中需要更大的操作空间，同时也需要考虑到焊接过程中的热影响等因素，以保证焊接质量。

2. 极耳材质与厚度

（1）极耳的材质和厚度对其延展性和导电性能有重要影响，进而影响极耳冗余的设计。

常见的极耳材质有铜、铝以及复合极耳（如铜铝过渡极耳）。不同材质的延展性不同，在弯折等操作过程中，延展性较差的极耳更容易出现断裂的情况。较厚的极耳虽然具有较好的机械强度，但在弯折时更容易产生应力集中，因此需要增加冗余以避免弯折断裂。

（2）薄极耳则需要在冗余和导电效率之间进行平衡。

薄极耳的电阻相对较大，如果冗余量过大，会进一步增加电阻，影响电池的充放电效率。在设计薄极耳时，需要根据具体的应用场景和性能要求，合理确定冗余量，以确保既能够满足机械性能要求，又不会对导电效率产生过大的影响。

（3）电流密度需求

高倍率放电电芯对极耳的电流承载能力提出了更高的要求。在高倍率放电过程中，极耳需要承受较大的电流，如果极耳冗余不足，容易导致电流集中，会引起局部过热。局部过热不仅会影响电池的性能和寿命，还可能引发安全问题。高倍率放电电芯的极耳需要更大的冗余，以降低电流集中导致的局部过热风险，确保在大电流下的导电稳定性。通过增加极耳的横截面积或长度等方式来增加冗余，可以有效分散电流，降低电流密度，提高极耳的散热性能。

（三）生产工艺波动因素

1. 焊接精度偏差

在极耳与集流体、极耳与极柱的焊接过程中，焊接精度偏差是一个常见的问题。焊接位置的偏移可能会导致虚焊或漏焊，从而影响电池的导电性能和安全性。例如，焊接位置偏移 0.1 - 0.3mm 就可能会对焊接质量产生明显的影响。为了防止这种情况的发生，极耳需要有足够的冗余量来覆盖焊接精度偏差。通过增加极耳的长度或宽度等方式，即使焊接位置出现一定的偏移，也能够保证极耳与集流体、极柱之间有良好的连接，避免虚焊或漏焊的发生。

2. 裁切与成型误差

极耳的裁切和成型过程中也会存在一定的误差。极耳裁切时的尺寸公差通常为±0.05mm，弯折成型时也可能会出现角度偏差。这些误差会影响极耳的尺寸和形状，进而影响后续的装配过程。为了补偿这些误差，需要通过增加极耳冗余量来确保极耳能够准确地安装到电池中。例如，在极耳长度上增加一定的冗余，可以避免因裁切尺寸偏差导致极耳长度不足而无法正常安装。

3. 电芯组装对齐度

在叠片或卷绕工艺中，极耳可能会出现轻微的错位。如果极耳没有足够的冗余，这种错位可能会导致极耳无法正常汇入极柱，从而影响整体导电通路。极耳冗余可以确保即使极耳出现轻微错位，也能够顺利连接到极柱上，保证电池的正常导电。通过合理设计极耳的形状和尺寸，使其具有一定的柔性和可调节性，可以更好地适应电芯组装过程中的对齐度变化。

三、使用可靠性因素

1. 循环充放电形变

锂电池在循环充放电过程中会出现轻微的膨胀和收缩现象。这种形变会对极耳产生拉扯力，如果极耳没有足够的冗余，容易导致极耳被拉扯断裂或与集流体脱离。极耳冗余可以吸收电芯循环充放电过程中的形变，起到缓冲的作用。例如，在极耳设计中增加一定的弯曲或折叠结构，当电芯发生膨胀或收缩时，这些结构可以发生相应的变形，从而避免极耳受到过大的拉力。

2. 安全冗余设计

在极端情况下，如过充、短路等，电池内部会产生较大的电流，容易导致极耳出现烧蚀现象。冗余极耳可以减少电流集中引发的烧蚀风险。当主极耳因电流过大出现问题时，冗余极耳可以分担一部分电流，为安全防护机制（如熔断体）的触发争取时间。熔断体在检测到过大电流时会自动熔断，切断电路，从而保护电池和设备的安全。