鋰電世界對鋰離子動力電池動態失效行為淺析

在與傳統燃油汽車的競賽中，電動汽車盡管具有節能環保的優勢，卻也長期面臨著“腿短”的尷尬。為了進步行駛路程，絕大多數電動汽車廠商在動力電池組中都選用了具有高能量密度的鋰離子電池。

而高能量必然帶來磕碰事端中的高危險，國內外數起電動汽車磕碰事端都展示了動力電池組短路起火后帶來的災難性成果。現有的鋰離子動力電池中，作為離子運動介質的電解質是一種高可燃性物質，電池內短路形成的熱效應很簡單引起電池的起火燃燒。

在磕碰事端中，需要對動力電池在經歷揉捏變形時可能發作的失效短路進行要點防護。惋惜的是，現在學界和工業界對鋰離子動力電池在機械載荷下，特別是沖擊載荷下的變形失效做法還缺少深化的研究。依據咱們現有的試驗成果，能夠開始提醒不一樣條件下鋰離子動力電池力學做法的區別。

咱們選取了一款容量為20Ah的鋰離子軟包電池，利用直徑為13mm的沖頭對電池進行穿刺試驗。試驗中，沖頭徹底穿刺電池后進行反向運動直到沖頭徹底脫離電池，全部過程中同步記錄了電池電壓以及載荷的變化。

鋰電池廠商選用金屬沖頭進行加載，加載速度5mm/min， 軟包電池在穿刺過程中并未發作顯著的短路景象，直到沖頭開端反向運動時才發作了電壓的陡降。而在沖頭從電池中徹底退出之后，電池電壓有必定程度的康復。

相同的速度選用塑料沖頭進行加載，全部試驗過程中電池都未呈現短路景象。由試驗結能夠推知，在穿刺工況下，電池內短路的發作主要是金屬侵入物和電極間的觸摸致使。

仍然選用金屬沖頭，加載速度進步到4.5m/s。在沖頭穿透電池的瞬間，電池即呈現了顯著的短路(電壓和載荷在同一時間呈現陡降)。試驗成果表明，在高速載荷下，軟包電池發作短路失效的危險大大添加。

是什么致使了電池短路做法的區別?咱們能夠依據電池隔閡的力學性能做出開始的解說。鋰電池的根本構造是替換安置的正負電極與隔閡，其間隔閡起到了阻隔正負電極觸摸的效果。隔閡的力學性能直接決定了電池的安全性。咱們對電池內部的隔閡進行了不一樣速度下的單向拉伸試驗。試驗成果顯現，相對于脆性的電極資料，隔閡資料具有很大的延伸率。

在穿刺過程中，斷口處被充沛延展的隔閡資料能夠持續阻隔正負電極、電極與沖頭之間的觸摸，防止短路的發作。而在動態載荷下，隔閡展示了顯著的應變率效應，即跟著加載速率的進步，隔閡的耐性逐步下降。在高速穿刺工況下，隔閡無法充沛延展來阻斷短路的發作，軟包電池更易發作短路景象。