近年来在“碳达峰、碳中和”目标的推动下,电动汽车市场迅猛扩张,使得锂离子电池的需求量迅速增加。然而锂离子电池的应用存在瓶颈,尤其是电池在受到机械挤压后发生内短路甚至发生热失控的问题限制了电动汽车的进一步推广。本论文对方壳电池在受到不同方向挤压时的综合力-电-热响应特性进行研究,建立了考虑电池卷芯与外壳相互作用的有限元模型,为电池的保护设计提供指导;建立了电池内部结构损伤与电池阻抗变化的关联,有望在早期阶段对于内部损伤的电池进行早期诊断与监测。对方壳电池开展不同加载方向的准静态与动态的挤压测试,监测其在挤压过程中的力-电-热响应,并利用无接触扫描对挤压后发生内短路初期的电池内部微观结构进行了观测,以探究机械挤压引发的内短路与自产热反应特性的机理。挤压测试的结果表明,方壳电池的面外与面内挤压特性存在明显差异。微观扫描的结果显示,电池断裂后的层间相对滑动是产生内短路的原因。综合分析试验结果,对加载方向对多场响应的荷电状态和应变率依赖特性的影响展开讨论,并对内短路起始与表面温度变化的行为机理进行了分析。针对约束对卷芯力学失效影响的机理进行更深入的研究,建立了考虑硬质外壳影响的面内与面外加载的电池有限元模型。该模型能够对不同加载方向下的电池挤压力-位移曲线与失效行为进行比较准确的表征。通过模拟发现外壳对电池的整体力学响应有着十分显著的影响。面内加载中,外壳使得电池单体受到挤压时的刚度显著增强。外壳与卷芯之间的距离是面内挤压的整体力学响应特性的主导因素。面外加载中,外壳的厚度对于电池卷芯的失效行为有明显影响。卷芯失效点对应的侵入量随着外壳厚度增加而增加。除电池受到较强机械载荷发生明显变形乃至失效的情况以外,电池早期机械损伤的监测与健康诊断也受到广泛的关注。本文基于实验研究提出了利用电化学阻抗进行内部损伤的早期诊断方法。侧面与底面两个加载方向的实验发现,当侵入量小于电池内短路的临界值时阻抗显著增加。损伤观测发现,阻抗增加的原因是挤压引发的电池局部失稳导致的活性层层内断裂。对阻抗变化的内部微观机理进行分析,认为阻抗变化具有部分可逆特性,其可逆的程度取决于局部变形的大小,为电池内部损伤的早期诊断提供了参考依据。