動力汽車產業的快速發展，鋰離子電池由於能量密度高、wujiyixiaoyingheanquanxinggaodengyoudianbeiguangfandeyongyudonglidianchilingyu。youyudiandongsuizhedianqichedeteshuxing，yinciduidonglidianchideanquanxingyetichugenggaodeyaoqiu，liruzaidiandongqichefashengpengzhuangdenganquanshigushi


，xuyaodonglidianchibuqihuo
、不爆炸，保證駕乘人員的安全性

，因此在動力電池安全試實驗中就包含了擠壓、zhencidengshejidaozaijiduanlanyongqingkuangxialilizidianchianquanxingnengdeceshi，nengfoutongguozhexieyankedeanquanshiyan，shipingjiayikuanlilizidianchianquanxingdezhongjibiaozhun。

 

 

在擠壓試驗中
，鋰離子電池首先是外殼fashengbianxing，ranhoukaishiduidianxinxingchengjiya，youyumuqianganfalashengongyizhibeidegemozaihengxiangheduijiaoxianfangxiangshangqiangdujiaodi，yincizaidianxinbianxingdadaoyidingchengdushi
，gemodehengxianghuishouxianfashengduanlie
，daozhililizidianchidezhengfujizhijiejiechu
，fashengduanlu，shunjianshifangchudaliangdereliang，daozhifujiSEI膜、正極活性物質和電解液發生分解反應，導致鋰離子電池發生熱失控，最終導致鋰離子電池起火和爆炸。

 

為(wei)了(le)避(bi)免(mian)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)在(zai)擠(ji)壓(ya)試(shi)驗(yan)中(zhong)發(fa)生(sheng)熱(re)失(shi)控(kong)
，提(ti)高(gao)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)安(an)全(quan)性(xing)，就(jiu)需(xu)要(yao)對(dui)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)在(zai)擠(ji)壓(ya)試(shi)驗(yan)中(zhong)發(fa)生(sheng)熱(re)失(shi)控(kong)的(de)機(ji)理(li)，進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)的(de)研(yan)究(jiu)
，從(cong)而(er)對(dui)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)針(zhen)對(dui)性(xing)的(de)安(an)全(quan)設(she)計(ji)，從(cong)而(er)提(ti)升(sheng)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)在(zai)擠(ji)壓(ya)試(shi)驗(yan)中(zhong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。下麵我們就一起來看一下美國麻省理工學院的最新研究成果。

 

 

美國麻省理工學院的Juner Zhu等人利用18650dianchiyanjiulezaifashengzhouxiangjiyadeguochengzhonglilizidianchidefashengreshikongdejili，bingliyongyouxianyuanfenximoxingjinxinglefangzhenfenxi，gaimoxinghaiyuanlebutongdezhouxiangyaliduililizidianchizaochengdeyingxiang，fenxijieguodedaoleCT掃描的驗證，該仿真分析結果發現了兩種可以解釋在擠壓試驗中導致鋰離子電池發生短路原因。

 

由於在動力電池組中18650電池一般是采用垂直裝配的
，在電池組發生跌落等情況下

，軸向擠壓是造成鋰離子電池變形的主要原因，因此Juner Zhu主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)了(le)在(zai)軸(zhou)向(xiang)壓(ya)力(li)下(xia)電(dian)池(chi)變(bian)形(xing)導(dao)致(zhi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)短(duan)路(lu)的(de)機(ji)理(li)。一(yi)些(xie)傳(chuan)統(tong)的(de)模(mo)型(xing)由(you)於(yu)假(jia)設(she)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)是(shi)一(yi)個(ge)均(jun)一(yi)的(de)整(zheng)體(ti)
，因(yin)此(ci)在(zai)預(yu)測(ce)18650dianchizhouxiangyasuoshiyandeshihoujiuwufazhunqueyuceshiyanjieguo，zhezhuyaoshiyouyulilizidianchidianxindeteshujiegou，daozhizaidianxindeshangbuhexiabubingbuwanquanyizhi
，tongshiyouyulilizidianchishanggai（也就是正極）獨特的結構使得鋰離子電池在承受軸向壓力的時候，可能會在內短路發生之前
，就引起鋰離子電池發生短路。

 

18650電池主要由三部分組成：安全閥、卷芯和低碳鋼外殼。安全閥通常由正溫度係數材料
、鋁安全閥和不鏽鋼正極端子
、氣體密封墊等組成，電芯由正極
、負極和隔膜組成，在本試驗中正極的活性物質的成分為LiCoO2。軸向載荷的加載速度為5mm／min，所有的試驗電池在試驗之前都已經完全放電（SOC＝0）。測試結果顯示
，18650電池在軸向壓力測試中壓力呈現出緩慢上升——快速上升——輕微下降——快速上升的趨勢
，而電壓測試顯示，18650電池在變形達到4mm的情況下才會發生失效

，而且通過試驗發現，18650電池的電壓突降主要是由於電池內部短路造成的
，而不是內部結構的斷路。為了研究18650在軸向壓力下失效的機理，Juner Zhu還(hai)利(li)用(yong)有(you)限(xian)元(yuan)軟(ruan)件(jian)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)了(le)分(fen)析(xi)，模(mo)型(xing)中(zhong)的(de)材(cai)料(liao)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)了(le)彈(dan)塑(su)性(xing)模(mo)型(xing)
，並(bing)且(qie)考(kao)慮(lv)了(le)各(ge)種(zhong)材(cai)料(liao)的(de)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)的(de)特(te)點(dian)

，模(mo)型(xing)中(zhong)包(bao)涵(han)了(le)上(shang)百(bai)萬(wan)的(de)計(ji)算(suan)單(dan)元(yuan)，軸(zhou)向(xiang)載(zai)荷(he)的(de)加(jia)載(zai)速(su)度(du)被(bei)設(she)置(zhi)為(wei)1m／s。

 

仿真結果再現了在軸向載荷的情況下
，18650電池變形的經過。首先電池的上蓋區域的殼體開始發生塑性變形，在變形程度超過1mmhou，bianxingdewaikekaishijiyadianchijuanxindeshangbu，suizhebianxingchengdudezengjia，dianxinkaishichuxianbianxing

，congerzaiyaliquxianshangchuxianleyigeqingweidexiajiang
，ranhousuizhedianchiketiyudianxindejiechumianjidezengjia，shideyaliquxianchengxianleyigekuaisushangshengdequshi。CT掃描結果也很好的驗證了上述分析，試驗電池的變形主要發生在上部結構中，電池下改幾乎沒有發生變形。

 

 

對試驗後的18650電池進行拆解顯示，雖然電芯發生了嚴重的變形，但是正負極並沒有發生斷裂，反而是隔膜在距離上部邊緣1．3mm的(de)位(wei)置(zhi)出(chu)現(xian)了(le)一(yi)個(ge)裂(lie)縫(feng)，這(zhe)直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)了(le)電(dian)池(chi)發(fa)生(sheng)短(duan)路(lu)，電(dian)壓(ya)突(tu)降(jiang)，而(er)這(zhe)一(yi)裂(lie)縫(feng)可(ke)能(neng)是(shi)由(you)於(yu)金(jin)屬(shu)箔(bo)鋒(feng)利(li)的(de)邊(bian)緣(yuan)侵(qin)入(ru)造(zao)成(cheng)的(de)。此(ci)外(wai)隔(ge)膜(mo)的(de)在(zai)一(yi)些(xie)位(wei)置(zhi)厚(hou)度(du)出(chu)現(xian)了(le)很(hen)大(da)的(de)下(xia)降(jiang)，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)凹(ao)陷(xian)的(de)外(wai)殼(ke)擠(ji)壓(ya)電(dian)芯(xin)造(zao)成(cheng)的(de)。

 

從上述分析結果來看，軸向壓力下導致18650電池短路的可能原因主要有以下幾點：

 

1．外殼通過破裂的隔膜與正負極接觸

2．正負極通過破裂的隔膜接觸

3．正負極通過隔膜變薄的區域接觸

4．安全閥被擠壓
，與電芯接觸

 

從測試結果來看

，當18650電池軸向變形達到4mm時就會引發內短路，因此需要在電池組安全設計的時候特別考慮。此外由於在軸向壓力時變形主要發生在18650電池的上部，因此對18650電池上部的安全設計也要特別在意。