方形锂离子电池内芯层集式模型方法及细观变形失效分析

方形锂电池内芯的变形失效是引发内部短路和热失控的主要因素。根据方形锂电池内部组分材料的力学试验,构建隔膜-正极-隔膜-负极相互堆叠的细观芯层单元模型。通过不同载荷条件下的模拟结果可知,芯层单元模型能够有效地表征宏观力学响应和细观变形失效。进一步构建芯层单元模型连接均质化模型的层集式耦合模型,并且定义了模型的计算架构。通过方形锂电池实例模拟的结果表明,层集式模型能较好地预测局部载荷下的力-位移曲线和内部短路位置。此外,层集式模型在不同的隔膜材料模型下出现了不同的峰值载荷。该建模方法不仅提升了精细化模型75%的计算效率,还增加了机械内部失效方面的深入理解,对于提高方形锂电池安全性设计有指导意义。