Coupling Effect of State-of-Charge and Strain Rate on the Mechanical Behavior of Electrodes of 21700 Lithium-Ion Battery

材料科学 热失控 电极 应变率 阳极 电池(电) 变形(气象学) 阴极 振动 复合材料 电气工程 功率(物理) 工程类 化学 声学 物理化学 物理 量子力学
作者
Aditya Sonwane,Chunhao Yuan,Jun Xu
出处
期刊:Journal of electrochemical energy conversion and storage [ASME International]
卷期号:18 (2) 被引量:15
标识
DOI:10.1115/1.4049042
摘要

Abstract As an emerging type of high-density lithium-ion batteries (LIBs) for electric vehicles, 21700 cylindrical batteries may suffer inevitable mechanical vibrations, curbstone impact/penetration, and crash accidents, which probably induce internal short circuit (ISC), thermal runaway, and more catastrophic events such as fire/explosion. Therefore, exploring the mechanical behavior quantitively serves as a cornerstone for a better understanding of the safety behaviors of batteries. This paper focuses on the characterization of the tensile mechanical behavior of the electrodes under different state-of-charges (SOCs) coupled with strain rate effect. In the meantime, a numerical computation model is also established to provide a fundamental understanding of the electrode deformation. We discover that both anodes and cathodes are highly anisotropic at various electrochemical statuses, and strong strain rate dependency can be observed. Results provide an in-depth and systematic characterization of the mechanical behaviors of the electrodes and a powerful tool for the future design, evaluation, and manufacturing of safer batteries.

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