Different mechanical-electrochemical coupled failure mechanism and safety evaluation of lithium-ion pouch cells under dynamic and quasi-static mechanical abuse

材料科学 准静态过程 动载荷 锂(药物) 动态试验 失效机理 结构工程 复合材料 工程类 热力学 物理 医学 内分泌学
作者
Mingzhe Zhou,Lingling Hu,Shengru Chen,Xin Zhao
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:497: 229897-229897 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.229897
摘要

For this study, lithium-ion pouch cells undergo quasi-static and dynamic tests and are analyzed by interdisciplinary characterization methods. These methods reveal different behaviors of the cells under mechanical-electrochemical coupled failure. The study demonstrates that the inertia effect of a cell's multilayer structure dominates the failure under dynamic loading rather than the strain rate effect of the cell's components. This finding unlocks the underlying mechanism of localized fractures near the impacted surface and counterintuitive premature failures with less critical force under dynamic loading conditions. In addition to instant failure with inflection points in force/voltage curves, this study observes an interesting delayed failure behavior without evident short-term signs in both dynamic and quasi-static tests with different mechanisms. This challenges the validity of using macroscopic inflection points in mechanical tests as indicators for failure prediction and could explain the postponed spontaneous combustion of a cell after mechanical abuse accidents. The cell's capacity and internal resistance after dynamic and quasi-static tests are also assessed. Finally, an experimental evaluation outline is proposed for lithium-ion cells under mechanical abuse. This work sheds light on the understanding of dynamic failure mechanisms and safety evaluation methods for lithium-ion cells.
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