电极表面不平整性对锂电池短路触发行为的影响

• Published in: 爆炸与冲击 Vol. 45; no. 2; pp. 15 - 24
• Main Authors: 贾亦楷, 刘子敬, 黄庆丹, 王璐冰
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室,浙江宁波 315211 01.02.2025; 西北工业大学民航航空器冲击防护与安全评估重点实验室,江苏苏州 215400%宁波大学机械工程与力学学院,浙江宁波 315211; 西北工业大学民航学院,陕西西安 710072
• Subjects: 电池隔膜; collision safety; 内短路; battery separator; 锂离子电池; 碰撞安全; lithium-ion battery; internal short-circuit
• ISSN: 1001-1455
• DOI: 10.11883/bzycj-2024-0339

O347; 锂离子电池遭受外部冲击时内部隔膜的形变和失效是引发内部短路的关键因素之一.电池电极表面通常并不平整,易造成隔膜应力集中,影响电池的机械稳定性.因此,基于数值模拟和理论分析,针对电池隔膜在非平整表面压缩条件下的力学行为及其短路安全边界进行了深入探讨.选取包括一段宽度为50μm的隔膜及其附近的正负极涂层区域作为代表性单胞,进行二维有限元建模与数值计算.通过分析隔膜等效应力-应变曲线,发现受到不平整表面压缩的隔膜相比于理想平面压缩表现出"软化现象",随着加载的进行,加载面和隔膜之间的空隙逐渐被填充,非平整面和平整面压缩的载荷差异逐渐减小.通过对隔膜失效应力的参数化分析,发现随着颗粒直径的增大或隔膜厚度的减小,隔膜表现出平均应力降低、屈服点后移等行为,短路失效应力也随之降低.通过对不同加载速率分析,发现隔膜的短路失效应力呈现先增大后减小的趋势,进一步通过建立隔膜在非平整表面压缩下的等效压缩本构模型,从理论上解释了粗糙度对失效应力的影响,并推导出了两者的定量关系.