电动汽车在使用锂离子电池作为能量来源时,需要将单体电池通过串并联成组以满足能量和功率要求,而单体电池间的一致性差异对电池组的性能和寿命产生重要影响,造成电池组的性能和寿命的下降,甚至带来安全隐患。锂离子电池一致性不仅是电池制造过程中对电池质量控制和筛选的主要目标,同时也是实现成组电池精准监测、管理和保护的主要参数。分析制造阶段电池一致性差异的产生和发展以及电池一致性差异的形成原因和变化规律,能够为有效降低和预防电池一致性问题提供依据,为电池质量控制和电池组状态的监测提供理论参考。本课题围绕锂离子电池制造过程中产生的一致性问题,建立了电池一致性的预测模型和分析模型,研究了电池容量、放电过程电压变化的一致性特征和影响因素,分析了容量与放电电压一致性的相关性和极化电压的一致性。采用正态分布统计模型和Weibull分布统计模型分析了实际制造电池C/3倍率恒流放电容量和放电电压一致性特征,结果表明,放电容量分布符合正态分布模型,而放电过程中电压分布变化符合Weibull分布模型的统计特征,在放电初期放电电压接近正态分布,放电末期表现为极端的偏右态分布。采用Newman电化学模型,利用实际生产中正负极面密度、正负极厚度和电解液浓度等工艺参数的正态分布的统计特征,建立了制造过程中关键参数对电池一致性影响的分析模型,通过有限元方法求解Newman模型,得到电池放电容量、放电电压的一致性特征,计算结果表明,模拟计算结果和对实际电池的统计结果具有较好的相符性,反映出所建立的一致性分析模型具有较好的准确性和实用性。基于电化学理论和方差分析模型,建立了电池容量与放电电压一致性的相关性的分析模型和放电过程中极化电压一致性分析模型。采用电池容量与放电电压一致性的相关性的分析模型,分析了容量一致性对放电电压一致性的影响,结果表明,电压一致性Weibull分布的统计特征是由容量一致性特征、放电电压曲线特征所决定的,电压分布特征随放电过程进行演变。采用极化电压分析模型,分析了放电过程中开路电压、极化电压、欧姆极化一致性对电压一致性的影响,结果表明,放电电压一致性在放电初期由欧姆压降所决定,放电中期由开路电压一致性所决定,放电末期由极化电压一致性所决定,且由于正负极面密度的波动导致开路电压变化,使开路电压与极化电压一致性之间存在明显的相关性,两者相关性强弱与电池极化的控制过程密切相关。采用所建立的一致性分析模型,研究了制造过程中正负极面密度、正负极厚度和电解液浓度对电池容量和放电电压一致性的影响。统计分析表明,电池容量与正极面密度具有强相关性,相关系数达到0.9954;利用电池理论容量一致性分析模型和方差分析模型,建立了由电池容量一致性分析电池正负极面密度、NP 比及正负极材料嵌锂状态的一致性的分析方法,计算分析结果表明,正极面密度的变化影响负极材料空电态的嵌锂状态,是导致电池放电容量的变化的根本原因,制造过程诱发的正极面密度变化符合正态分布模型,电池容量也因此呈现出正态分布的特征。对于制造过程中关键工艺参数一致性对放电电压一致性影响的研究结果表明,在放电不同阶段放电电压一致性的关键影响因素是不断变化的,放电初始阶段,电解液浓度的影响最大;放电中期,正极面密度的影响最大;放电末期,负极面密度是影响放电电压一致性的关键因素。