鋰離子動力電池動態(tài)失效行為的三個實驗分析

　　在與傳統(tǒng)燃油汽車的競爭中，電動汽車雖然擁有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，卻也長期面臨著“腿短”的尷尬。為了提升行駛里程，絕大多數(shù)電動汽車廠商在動力電池組中都采用了具有高能量密度的鋰離子電池。

　　而高能量勢必帶來碰撞事故中的高風險，國內(nèi)外數(shù)起電動汽車碰撞事故都展示了動力電池組短路起火后帶來的災(zāi)難性后果?，F(xiàn)有的鋰離子動力電池中，作為離子運動介質(zhì)的電解質(zhì)是一種高可燃性物質(zhì)，電池內(nèi)短路造成的熱效應(yīng)很容易引發(fā)電池的起火燃燒。

　　在碰撞事故中，需要對動力電池在經(jīng)歷擠壓變形時可能發(fā)生的失效短路進行重點防護。遺憾的是，目前學界和工業(yè)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行為還缺乏深入的研究。基于我們現(xiàn)有的實驗結(jié)果，可以初步揭示不同條件下鋰離子動力電池力學行為的差異。

　　我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實驗。實驗中，沖頭完全穿刺電池后進行反向運動直到?jīng)_頭完全脫離電池，整個過程中同步記錄了電池電壓以及載荷的變化。

　　實驗1中，采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(fā)生明顯的短路現(xiàn)象，直到?jīng)_頭開始反向運動時才發(fā)生了電壓的陡降。而在沖頭從電池中完全退出之后，電池電壓有一定程度的恢復(fù)。

　　實驗2中，同樣的速度采用塑料沖頭進行加載，整個實驗過程中電池都未出現(xiàn)短路現(xiàn)象。由實驗結(jié)可以推知，在穿刺工況下，電池內(nèi)短路的發(fā)生主要是金屬侵入物和電極間的接觸導(dǎo)致。

　　實驗3中，依然采用金屬沖頭，加載速度提高到4.5m/s。在沖頭穿透電池的瞬間，電池即出現(xiàn)了明顯的短路（電壓和載荷在同一時刻出現(xiàn)陡降）。實驗結(jié)果表明，在高速載荷下，軟包電池發(fā)生短路失效的風險大大增加。

　　實驗1 金屬沖頭靜態(tài)穿刺實驗（綠色虛線處為沖頭反向運動時刻）