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四种锂离子电池隔膜的变形和失效表征

导读: 隔膜作为锂离子电池中重要的组分材料,其失效会直接导致电池的正负极接触而引发内短路。所以深入研究电池隔膜的机械属性,有助于从碰撞安全性的角度来选择电池所用的隔膜。

 人们目前对电动车用锂离子电池在碰撞工况下的力热响应尚未十分清楚,对电池及其组分材料的建模表征等研究也正在持续进行。隔膜作为锂离子电池中重要的组分材料,其失效会直接导致电池的正负极接触而引发内短路。所以深入研究电池隔膜的机械属性,有助于从碰撞安全性的角度来选择电池所用的隔膜。本文对四种电池隔膜进行了试验,并以聚乙烯隔膜为例,建立了有限元模型。

前段日子,三星Galaxy Note 7手机因电池起火事故成为人们关注的焦点,据MIT教授Don Sadoway分析,这些电池起火很可能缘自压制过紧的卷芯:一方面这种情况下隔膜更容易被正负极(如充电过程中负极表面析出的晶体等)刺破;另一方面隔膜上的孔隙被压实导致电池内阻增大温升加剧[1]。由此可见电池隔膜对锂离子电池的安全性起着重要的作用。除了手机等电子设备的应用,锂离子电池目前也广泛用作电动车辆的储能设备。

然而,人们目前对电动车用锂离子电池在碰撞工况下的力热响应尚未十分清楚,对电池及其组分材料的建模表征等研究也正在持续进行。隔膜作为锂离子电池中重要的组分材料,其失效会直接导致电池的正负极接触而引发内短路。所以深入研究电池隔膜的机械属性,有助于从碰撞安全性的角度来选择电池所用的隔膜。本文对四种电池隔膜进行了试验,并以聚乙烯隔膜为例,建立了有限元模型。

拉伸试验

参考标准ASTM D882设计条状拉伸试件,总长60 mm,标距段长35 mm,按宽度分为 5 mm、10 mm、15 mm、20 mm和25 mm五组。隔膜被夹在笛卡尔坐标纸间,用剃刀沿机器方向(MD)、横断方向(TD)和两个对角方向(+DD和-DD)共四个方向切成试件。试验在Instron 5944单向拉伸试验机上完成,拉伸速度为25 mm/min,用于测力的载荷传感器量程100 N,而应变由数字图像相关法(DIC)得到。

卷装隔膜的四个制件方向(MD、TD、+DD和-DD)

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