鉅大LARGE | 點擊量:1982次 | 2019年09月07日
四種鋰離子電池隔膜的變形和失效表征
人們目前對電動車用鋰離子電池在碰撞工況下的力熱響應尚未十分清楚,對電池及其組分材料的建模表征等研究也正在持續進行。隔膜作為鋰離子電池中重要的組分材料,其失效會直接導致電池的正負極接觸而引發內短路。所以深入研究電池隔膜的機械屬性,有助于從碰撞安全性的角度來選擇電池所用的隔膜。本文對四種電池隔膜進行了試驗,并以聚乙烯隔膜為例,建立了有限元模型。
前段日子,三星GalaxyNote7手機因電池起火事故成為人們關注的焦點,據MIT教授DonSadoway分析,這些電池起火很可能緣自壓制過緊的卷芯:一方面這種情況下隔膜更容易被正負極(如充電過程中負極表面析出的晶體等)刺破;另一方面隔膜上的孔隙被壓實導致電池內阻增大溫升加劇[1]。由此可見電池隔膜對鋰離子電池的安全性起著重要的作用。除了手機等電子設備的應用,鋰離子電池目前也廣泛用作電動車輛的儲能設備。
然而,人們目前對電動車用鋰離子電池在碰撞工況下的力熱響應尚未十分清楚,對電池及其組分材料的建模表征等研究也正在持續進行。隔膜作為鋰離子電池中重要的組分材料,其失效會直接導致電池的正負極接觸而引發內短路。所以深入研究電池隔膜的機械屬性,有助于從碰撞安全性的角度來選擇電池所用的隔膜。本文對四種電池隔膜進行了試驗,并以聚乙烯隔膜為例,建立了有限元模型。
拉伸試驗
參考標準ASTMD882設計條狀拉伸試件,總長60mm,標距段長35mm,按寬度分為5mm、10mm、15mm、20mm和25mm五組。隔膜被夾在笛卡爾坐標紙間,用剃刀沿機器方向(MD)、橫斷方向(TD)和兩個對角方向(+DD和-DD)共四個方向切成試件。試驗在Instron5944單向拉伸試驗機上完成,拉伸速度為25mm/min,用于測力的載荷傳感器量程100N,而應變由數字圖像相關法(DIC)得到。
卷裝隔膜的四個制件方向(MD、TD、+DD和-DD)
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