消防科学与技术 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (9): 18-24.
刘阳阳1, 谭泽飞2
Liu Yangyang1, Tan Zefei2
摘要: 由于机械变形与电化学过程存在强非线性、多尺度的双向耦合作用,涉及从原子尺度到宏观尺度的复杂交互机制,导致锂电池挤压变形中的力-电化学耦合本构关系难以准确分析。因此,本研究深入探究锂离子电池的挤压变形行为及性能退化机理。采用细观芯层单元与均质化层集模型相结合的方法构建有限元模型,通过可压缩泡沫材料表征电极片、分段弹塑性材料模拟隔膜,利用Voigt平均法计算均质层弹性模量,并采用轴对称简化方法模拟12、24、36 kN挤压荷载下的应力分布。建立力-电化学耦合模型,引入Larché-Cahn化学势理论定量表征挤压应力对锂离子迁移速率和化学势的影响,揭示了机械变形导致锂离子重分布的电化学退化机理,突破了传统单一物理场分析的局限,为动力电池安全设计提供了新的理论依据。研究发现,挤压过程中电池内部的应力集中区域主要位于电池的电极与隔膜交接处等部位,这些区域的应变随着挤压程度的增加而显著增大。在性能退化方面,挤压变形会导致电极材料结构的破坏,如活性物质的脱落、电极与集流体的分离等现象,同时也会影响锂离子的扩散通道,使得电池内阻增大,容量衰减加速。本研究成果有助于深入理解锂离子电池在挤压工况下的行为特性,为提高锂离子电池的安全性和可靠性提供理论依据。