锂电世界对锂离子动力电池动态失效行为浅析

在与传统燃油汽车的竞赛中，电动汽车尽管具有节能环保的优势，却也长期面临着“腿短”的尴尬。为了进步行驶路程，绝大多数电动汽车厂商在动力电池组中都选用了具有高能量密度的锂离子电池。

而高能量必然带来磕碰事端中的高危险，国内外数起电动汽车磕碰事端都展示了动力电池组短路起火后带来的灾难性成果。现有的锂离子动力电池中，作为离子运动介质的电解质是一种高可燃性物质，电池内短路形成的热效应很简单引起电池的起火燃烧。

在磕碰事端中，需要对动力电池在经历揉捏变形时可能发作的失效短路进行要点防护。惋惜的是，现在学界和工业界对锂离子动力电池在机械载荷下，特别是冲击载荷下的变形失效做法还缺少深化的研究。依据咱们现有的试验成果，能够开始提醒不一样条件下锂离子动力电池力学做法的区别。

咱们选取了一款容量为20Ah的锂离子软包电池，利用直径为13mm的冲头对电池进行穿刺试验。试验中，冲头彻底穿刺电池后进行反向运动直到冲头彻底脱离电池，全部过程中同步记录了电池电压以及载荷的变化。

锂电池厂商选用金属冲头进行加载，加载速度5mm/min， 软包电池在穿刺过程中并未发作显着的短路景象，直到冲头开端反向运动时才发作了电压的陡降。而在冲头从电池中彻底退出之后，电池电压有必定程度的康复。

相同的速度选用塑料冲头进行加载，全部试验过程中电池都未呈现短路景象。由试验结能够推知，在穿刺工况下，电池内短路的发作主要是金属侵入物和电极间的触摸致使。

仍然选用金属冲头，加载速度进步到4.5m/s。在冲头穿透电池的瞬间，电池即呈现了显着的短路(电压和载荷在同一时间呈现陡降)。试验成果表明，在高速载荷下，软包电池发作短路失效的危险大大添加。

是什么致使了电池短路做法的区别?咱们能够依据电池隔阂的力学性能做出开始的解说。锂电池的根本构造是替换安置的正负电极与隔阂，其间隔阂起到了阻隔正负电极触摸的效果。隔阂的力学性能直接决定了电池的安全性。咱们对电池内部的隔阂进行了不一样速度下的单向拉伸试验。试验成果显现，相对于脆性的电极资料，隔阂资料具有很大的延伸率。

在穿刺过程中，断口处被充沛延展的隔阂资料能够持续阻隔正负电极、电极与冲头之间的触摸，防止短路的发作。而在动态载荷下，隔阂展示了显着的应变率效应，即跟着加载速率的进步，隔阂的耐性逐步下降。在高速穿刺工况下，隔阂无法充沛延展来阻断短路的发作，软包电池更易发作短路景象。