轴向压力致使18650电池失效的机理研讨

跟着电动汽车产业的迅速发展，锂离子电池因为能量密度高、无回忆效应和安全性高等长处被广泛的用于动力电池领域。因为电动汽车的格外性，因而对动力电池的安全性也提出更高的请求。

例如在电动汽车发作磕碰等安全事故时，需求动力电池不起火、不爆破，确保驾乘人员的安全性，因而在动力电池安全试实验中就包含了揉捏、针刺等涉及到在极点乱用情况下锂离子电池安全功能的测验，能否经过这些苛刻的安全实验，是评估一款锂离子电池安全性的终极规范。

在揉捏实验中，锂离子电池首要是外壳发作变形，然后开端对电芯形成揉捏，因为现在干法拉伸工艺制备的隔阂在横向和对角线方向上强度较低，因而在电芯变形到达一定程度时，隔阂的横向会首要发作开裂，致使锂离子电池的正负极直触摸摸，发作短路，刹那间释放出很多的热量，致使负极SEI膜、正极活性物质和电解液发作分化反应，致使锂离子电池发作热失控，终究致使锂离子电池起火和爆破。

为了防止锂离子电池在揉捏实验中发作热失控，进步锂离子电池的安全性，就需求对锂离子电池在揉捏实验中发作热失控的机理，进行深化的研讨，从而对锂离子电池进行针对性的安全规划，从而提高锂离子电池在揉捏实验中的安全性。下面咱们就一同来看一下美国麻省理工学院的最新研讨成果。

美国麻省理工学院的Juner Zhu等人使用18650电池研讨了在发作轴向揉捏的过程中锂离子电池的发作热失控的机理，并使用有限元剖析模型进行了仿真剖析，该模型复原了不同的轴向压力对锂离子电池形成的影响，剖析成果得到了CT扫描的验证，该仿真剖析成果发现了两种能够解释在揉捏实验中致使锂离子电池发作短路因素。

因为在动力电池组中18650电池一般是选用垂直安装的，在电池组发作下跌等情况下，轴向揉捏是形成锂离子电池变形的首要因素，因而Juner Zhu首要研讨了在轴向压力下电池变形致使锂离子电池短路的机理。

一些传统的模型因为假定锂离子电池内部是一个均一的全体，因而在猜测18650电池轴向紧缩实验的时分就无法精确猜测验验成果，这首要是因为锂离子电池电芯的格外构造，致使在电芯的上部和下部并不彻底一致，一起因为锂离子电池上盖(也就是正极)独特的构造使得锂离子电池在接受轴向压力的时分，可能会在内短路发作之前，就引起锂离子电池发作短路。

18650电池首要由三有些构成：安全阀、卷芯和低碳钢外壳。安全阀通常由正温度系数资料、铝安全阀和不锈钢正极点子、气体密封垫等构成，电芯由正极、负极和隔阂构成，在本实验中正极的活性物质的成分为LiCoO2。轴向载荷的加载速度为5mm/min，一切的实验电池在实验之前都现已彻底放电(SOC=0)。

电池网测验成果显现，18650电池在轴向压力测验中压力呈现出缓慢上升——迅速上升——细微降低——迅速上升的趋势，而电压测验显现，18650电池在变形到达4mm的情况下才会发作失效，而且经过实验发现，18650电池的电压突降首要是因为电池内部短路形成的，而不是内部构造的断路。

为了研讨18650在轴向压力下失效的机理，Juner Zhu还使用有限元软件对其进行了剖析，模型中的资料首要选用了弹塑性模型，而且思考了各种资料的各向异性的特色，模型中包容了上百万的核算单元，轴向载荷的加载速度被设置为1m/s。仿真成果再现了在轴向载荷的情况下，18650电池变形的经过。

首要电池的上盖区域的壳体开端发作塑性变形，在变形程度超越1mm后，变形的外壳开端揉捏电池卷芯的上部，跟着变形程度的添加，电芯开端呈现变形，从而在压力曲线上呈现了一个细微的降低，然后跟着电池壳体与电芯的触摸面积的添加，使得压力曲线呈现了一个迅速上升的趋势。CT扫描成果也极好的验证了上述剖析，实验电池的变形首要发作在上部构造中，电池下改几乎没有发作变形。

对实验后的18650电池进行拆解显现，尽管电芯发作了严峻的变形，可是正负极并没有发作开裂，反而是隔阂在距离上部边缘1.3mm的方位呈现了一个裂缝，这直接致使了电池发作短路，电压突降，而这一裂缝可能是因为金属箔尖利的边缘侵入形成的。此外隔阂的在一些方位厚度呈现了很大的降低，这首要是因为洼陷的外壳揉捏电芯形成的。

从上述剖析成果来看，轴向压力下致使18650电池短路的可能因素首要有以下几点。

1. 外壳经过决裂的隔阂与正负极触摸

2. 正负极经过决裂的隔阂触摸

3. 正负极经过隔阂变薄的区域触摸

4. 安全阀被揉捏，与电芯触摸

锂电池厂商从测验成果来看，当18650电池轴向变形到达4mm时就会引起内短路，因而需求在电池组安全规划的时分格外思考。此外因为在轴向压力时变形首要发作在18650电池的上部，因而对18650电池上部的安全规划也要格外介意。