為了避免鋰離子電池在擠壓試驗中發(fā)生熱失控，提高鋰離子電池的安全性，就需要對鋰離子電池在擠壓試驗中發(fā)生熱失控的機理，進行深入的研究，從而對鋰離子電池進行針對性的安全設計，從而提升鋰離子電池在擠壓試驗中的安全性。

18650電池主要由三部分組成：安全閥、卷芯和低碳鋼外殼。安全閥通常由正溫度系數(shù)材料、鋁安全閥和不銹鋼正極端子、氣體密封墊等組成，電芯由正極、負極和隔膜組成，在本試驗中正極的活性物質的成分為LiCoO2。軸向載荷的加載速度為5mm／min，所有的試驗電池在試驗之前都已經(jīng)完全放電（SOC＝0）。測試結果顯示，18650電池在軸向壓力測試中壓力呈現(xiàn)出緩慢上升——快速上升——輕微下降——快速上升的趨勢，而電壓測試顯示，18650電池在變形達到4mm的情況下才會發(fā)生失效，而且通過試驗發(fā)現(xiàn)，18650電池的電壓突降主要是由于電池內(nèi)部短路造成的，而不是內(nèi)部結構的斷路。為了研究18650在軸向壓力下失效的機理，JunerZhu還利用有限元軟件對其進行了分析，模型中的材料主要采用了彈塑性模型，并且考慮了各種材料的各向異性的特點，模型中包涵了上百萬的計算單元，軸向載荷的加載速度被設置為1m／s。仿真結果再現(xiàn)了在軸向載荷的情況下，18650電池變形的經(jīng)過。首先電池的上蓋區(qū)域的殼體開始發(fā)生塑性變形，在變形程度超過1mm后，變形的外殼開始擠壓電池卷芯的上部，隨著變形程度的增加，電芯開始出現(xiàn)變形，從而在壓力曲線上出現(xiàn)了一個輕微的下降，然后隨著電池殼體與電芯的接觸面積的增加，使得壓力曲線呈現(xiàn)了一個快速上升的趨勢。CT掃描結果也很好的驗證了上述分析，試驗電池的變形主要發(fā)生在上部結構中，電池下改幾乎沒有發(fā)生變形。

對試驗后的18650電池進行拆解顯示，雖然電芯發(fā)生了嚴重的變形，但是正負極并沒有發(fā)生斷裂，反而是隔膜在距離上部邊緣1．3mm的位置出現(xiàn)了一個裂縫，這直接導致了電池發(fā)生短路，電壓突降，而這一裂縫可能是由于金屬箔鋒利的邊緣侵入造成的。此外隔膜的在一些位置厚度出現(xiàn)了很大的下降，這主要是由于凹陷的外殼擠壓電芯造成的。

從上述分析結果來看，軸向壓力下導致18650電池短路的可能原因主要有以下幾點：

1．外殼通過破裂的隔膜與正負極接觸

2．正負極通過破裂的隔膜接觸

3．正負極通過隔膜變薄的區(qū)域接觸

4．安全閥被擠壓，與電芯接觸

同事專家還表示，手機廠商非常關注電池的體積能量密度。“幾乎所有廠商都在追求在有限的體積內(nèi)裝進更多的電能，以延長續(xù)航能力。”

但是，業(yè)內(nèi)共識，電池能量密度的提升需要一個長期的過程。專家解釋：“儲能行業(yè)和電子行業(yè)的發(fā)展規(guī)律有很大不同：后者是廣為人知的摩爾定律，集成電路芯片中可容納晶體管數(shù)目成指數(shù)增長，大約每18個月就能提高一倍；而電池性能的提升過程是臺階形的，在現(xiàn)有電池材料基礎上，能量密度每年能有2%—3%的提升已經(jīng)相當不錯。”因此，電子產(chǎn)品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差，并且隨著時間不斷擴大。

專家坦言，目前手機電池的能量密度已經(jīng)逼近“極限”，廠商為了能在更小的體積內(nèi)提供更多的能量，只能想方設法擠壓輔助材料所占的空間，給電池“瘦身”。可是，“瘦身”與“安全”在手機鋰電池上卻難以兼得。

那么問題來了，上文說的鋰電池密度到底是什么鬼？到底對電池行業(yè)的影響有多大？

電池密度其實就是電池的平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量x放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度。

可以說，能量密度是制約當前鋰離子電池發(fā)展的最大瓶頸。不管是手機，還是電動汽車，人們都期待電池的能量密度能夠達到一個全新的量級，使得產(chǎn)品的續(xù)航時間或續(xù)航里程不再成為困擾產(chǎn)品的主要因素。

針對能量密度成為瓶頸的現(xiàn)狀，全球各國都制訂了相關的電池產(chǎn)業(yè)政策目標，期望引領電池行業(yè)在能量密度方面取得顯著的突破。中、美、日等國政府或行業(yè)組織所制定的2020年目標，基本上都指向300Wh/kg這一數(shù)值，相當于在當前的基礎上提升接近1倍。2030年的遠期目標，則要達到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，電池行業(yè)必須要有化學體系的重大突破，才有可能實現(xiàn)這一目標。