2.1 实验电芯体系

采用两款实验室自制NMC811/石墨-Si/C软包电芯，统一电极配方：正极NMC811面容量3.8 mAh·cm⁻²，负极硅碳复合体系面容量4.5 mAh·cm⁻²，N/P容量比控制在1.13~1.18。

1.  1型单层电芯：标称0.18 Ah，2组单元堆叠；

2.  2型多层电芯：标称3.2 Ah，10组单元堆叠。

所有电芯注液密封后，统一在25 ℃恒温箱完成化成408次长循环，同步开展原位膨胀与电化学性能监测。

2.2 两套膨胀测试装置（变量：约束形式）

1. 对照组：恒力气动压力机（刚性无缓冲）

2. 实验组：PCB涡流传感平台（泡棉准恒力缓冲）

2.3 缓冲泡棉前置力学表征实验（标准化前置流程）

为消除泡棉材质带来的实验变量，预先对3款不同密度聚氨酯泡棉开展压缩力-形变测试，筛选最优泡棉1（密度500 kg·m⁻³）；

3.1 缓冲泡棉对测试工况的意义及泡棉的力学表征筛选

电芯不可逆增厚过程中，泡棉通过自身形变维持250 kPa稳定预紧压力，刚性压板无缓冲余量，膨胀会造成内部压力持续飙升；压力膜测试证明，硬质压板易在电芯边角形成局部高压；泡棉柔性接触面抹平压力梯度，极片全域受力均匀，避免局部析锂、极片脱层；模组批量采用泡棉缓冲结构，仅搭载泡棉的测试工装可复现实车机械边界，膨胀、衰减数据具备工程参考性。泡棉自身的力学性能差异对测试结果的影响较大，若跳过泡棉力学表征标定，泡棉密度、压缩量会带来压强波动，造成批次数据无法横向对比。

文中实验进一步证实：70 kPa低压条件下泡棉形变过大，测试压力不稳定；500 kPa高压条件下会过度抑制电芯呼吸幅度，408圈后容量衰减加剧；进而筛选出250 kPa最优工况，此条件下泡棉处于稳定压缩平台，压力波动小，兼顾膨胀测量精度与电芯循环寿命。

图1. 缓冲泡棉力学性能表征：a）三种泡棉的压缩力-形变（CFD）曲线；b）1号泡棉标定曲线建立方案； 1号泡棉基于PCB测试平台的力学与电化学性能对比：a）长期松弛特性；b）循环过程中的容量保持率（实心标记）与电芯呼吸幅度（空心标记）

3.2 PCB缓冲平台与气动压机膨胀数据对标

在统一250 kPa压力条件下，两款电芯408圈全周期膨胀曲线一致性高，化成、长循环阶段最大膨胀、呼吸幅度数值偏差均落在实验标准差内；同时离线验证部分显示，PCB系统测得单堆叠总膨胀与拆解千分尺测量值偏差仅2.8%，与电极SEM截面厚度变化趋势匹配，证明泡棉缓冲PCB系统测量精度对标高端气动设备。

图2. 电芯分别采用 PCB工装与电芯压力机测试体系的膨胀分析图：a）全循环寿命内单堆叠单元厚度变化极值与电芯呼吸曲线，内嵌化成四段过程局部放大图；b）第 6 圈（化成）、c）第 208 圈、d）第 408 圈长循环标准性能测试对应的单堆叠归一化厚度变化曲线，所有测试均在 250 千帕压强下开展。

3.3 泡棉缓冲对电芯电化学性能的正向影响

408圈循环后，泡棉缓冲组容量保持率较无缓冲刚性压机组高4%，DCIR内阻增长幅度更低；拆解后SEM显示刚性压板电芯存在大面积负极析锂、涂层脱层，泡棉缓冲电芯电极完整、SEI膜均匀，局部老化风险显著降低。

图3 电化学性能对比图：a）1、2 型电芯容量保持率测试结果；b）、c)、d)为PCB工装与电芯压力机体系、带缓冲 / 无缓冲对照夹具在不同荷电状态下的直流内阻绝对变化曲线（注：2型电芯压力机组标定数据为异常值，成因是四线测试接线连接错误；全部实验均在250kPa压强条件下完成）

电芯可逆呼吸、不可逆增厚是硅碳锂电研发核心表征指标，刚性无缓冲测试设备工况与量产模组脱节，测量数据存在局限性；缓冲泡棉是还原模组柔性约束、均匀极片压力场的核心功能件，可有效缓解硅基电芯循环析锂、脱层失效；测试前完成泡棉压缩力学表征是标准化实验必备前置步骤，能够统一机械约束、消除材料变量，保障膨胀数据可复现、可横向对比；PCB涡流原位测试平台，膨胀测量精度与气动压机等效，可作为硅碳电芯膨胀标准化表征通用方案，但需要进行稳定性标定。

奔驰的电芯研发实验对标国内的电芯研究，尤其在硅基体系及固态体系的研究工作中，原位膨胀检测系统（如IEST的SWE系列膨胀检测系列）已经是相对成熟的版块，厚度测量精度也能覆盖±1μm水平，同步到奔驰研究中提到的PCB传感系统，国内也有同样的研究，但正如奔驰研究所讲PCB传感会存在偏移和长期稳定性的影响，这也是行业实际应用的局限性之一，相信PCB传感搭载国内高精的膨胀测试系统研究能够进一步拓宽其应用场景。

图5. IEST泡棉压缩力-形变评估系统&PORON EVExtend 4701-43泡棉性能参数 (非文章内容)

h t t p s://doi.org/10.1016/j.est.2026.121124