电池数字化研发平台ElectroderDIGITAL®功能系列介绍

电芯循环膨胀、模组预紧失效、长循环容量跳水，是无数CPD、结构工程师绕不开的研发难题。传统单一电化学仿真无法还原应力与电化学反应的互相牵制，实物循环测试动辄数月、成本居高不下。易来科得在仿真过程中考虑了电化学 - 热 - 老化 - 力，从微观颗粒副反应到宏观电芯膨胀力形成完整物理闭环，用机理仿真替代海量样品试错。

分清两种膨胀：可逆形变与不可逆膨胀力根源

电芯充放电会产生两类完全不同的膨胀现象，二者叠加最终形成模组内部持续增长的膨胀力：

可逆循环膨胀：锂离子嵌入 / 脱出活性颗粒带来周期性体积伸缩。石墨负极形变温和，硅基负极膨胀幅度可达石墨数倍，磷酸铁锂体系相对稳定；这类形变随充放电往复，直接影响单圈厚度波动与瞬时应力。

不可逆永久膨胀（膨胀力核心来源）长期循环后SEI持续增厚、电解液分解产气、颗粒开裂、析锂堆积，副反应产物不断挤占极片内部空间；在夹具、模组外壳的刚性约束下，体积增量无法释放，持续累积形成不断上涨的膨胀力。

行业实测数据已证实强关联规律：循环次数越多、SEI堆积越严重，膨胀力同步攀升，电芯容量保持率同步下滑。

自研闭环耦合模型：打通力学与电化学双向联动

市面上多数仿真工具仅能单向计算形变，无法还原 “应力影响电化学反应” 的真实逻辑。我们基于大量文献与实测数据，搭建完整机理框架，解决三大建模核心难点：

电化学机理量化副反应堆积速率

沿用SEI生长双控动力学模型，结合 Butler-Volmer 界面反应方程，仿真计算每一圈循环的惰性固相沉积物体积，同时纳入低温、高倍率下析锂带来的额外固相物质体积增量。

微观颗粒形变映射极片宏观厚度及膨胀力

基于活性颗粒理想堆叠假设，打通颗粒尺度与极片尺度壁垒：单颗颗粒嵌锂应变、SEI增厚，通过堆叠模型直接换算整片电极厚度变化。适配P2D电化学仿真体系，结合合理力学边界条件，恒定外力、夹板约束等，可进一步计算膨胀力数值。

力学 - 电化学双向闭环耦合

以孔隙率作为双向联动枢纽，形成完整反馈链条： 外部约束挤压极片/隔膜→孔隙率下降→电解液离子传导受阻→极化增大→副反应驱动力改变→SEI/析锂增量变化→新的体积膨胀与应力更新。其中隔膜孔隙率-应力关系借用多孔材料的Carroll-Holt模型进行描述，极片孔隙率基于理想堆叠假设计算。

平台实操可视化：多边界力学条件自由配置

电池数字化研发平台ElectroderDIGITAL软件内新增独立力学参数配置面板，融入电化学-热耦合老化基础模型，适配各类产线、实验室测试工况：

三大力学边界任选：自由膨胀、固定位移、恒定外力（模拟模组预紧夹具）；

可自定义多层缓冲垫、弹性垫片刚度、厚度参数；

直接对接循环工况、快充工况、高低温老化工况一键求解。

三大工程落地价值，大幅缩短电芯开发周期

新材料 / 电极配方前期预评估

针对高硅负极、厚电极等高膨胀风险方案，输入硅含量、涂布厚度等参数，直接模拟单圈厚度波动与稳态膨胀力，在打样前预判模组夹具、缓冲层设计是否匹配，规避后期模组失效返工。

少量实验即可预测数千圈长期膨胀趋势

模型中的关键力学参数可通过少量的容量衰减和膨胀力变化数据进行标定，机理方程可仿真后续循环的膨胀力演变，无须等待长达数月之久的实测循环验证，为电池系统的机械设计提供循环末期膨胀力数值参考，缩短研发周期。

为从机理层面定量研究不同力学条件对循环性能的影响提供了可行工具

虽然该简易模型无法提供对褶皱、不均匀现象的机理仿真，耦合力学的老化机理模型可以通过单独改变约束条件或初始预紧力，保持其他参数不变，观察研究不同容量衰减与膨胀力增长的对应关系，为研究加载条件对副反应、析锂反应等机理影响提供了可能。

总结

膨胀力是连接材料微观老化与模组宏观结构失效的关键桥梁。易来科得电化学 - 热 - 力学耦合模型摒弃简单经验拟合，完全基于真实电化学反应、颗粒形变、多孔介质力学机理搭建，在ElectroderDIGITAL平台内实现一体化仿真求解。研发团队无需大量制样、长时间循环，即可提前预判膨胀风险、优化电极工艺与模组结构，真正实现贯通“颗粒-电极-电芯-系统”的电池力学仿真完整架构。

电池数字化研发平台ElectroderDIGITAL：全功能/高集成电池研发综合体

平台装备有完整的电池数字化模型与算法集群

在物理场上，涵盖电化学-热-寿命-应力应变及其耦合；

在尺度上，横跨颗粒-电极-传输线-极片-单体；

在算法上，融合数值求解、优化算法与机器学习。

从“选定单一模型、适配有限场景”到“场景提出需求、模型集群响应”

以用户研发场景为核心，智能调度底层模型与算法，面向需求直接交付最佳结果。

支持不同功能模块间的数据打通与自由流转

协助实现数据结构统一、本体指代清晰，为企业信息化与智能化建设扫清障碍。

统一管理电池型号、版本与仿真作业

同一型号可追溯版本迭代，推动性能持续提升；

同一版本可随时发起多轮次、多应用仿真作业，实现作业对象的同源指示。