【摘 要】
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锂离子电池为电动汽车提供动力来源,其热稳定性、电安全性和力学特性关系到电动汽车的安全性能。单体电池的热逃逸会在模组中迅速蔓延,最终很可能引发电动汽车的热失控。尤其是在汽车发生碰撞的时候,动态冲击的工况更容易使电池发生结构失效,而电池组分材料失效是电池结构失效的起因,并且电池的力学响应还与环境温度、剩余电量（SOC）和循环寿命（SOH）等息息相关,那么揭示锂离子电池组分材料在高应变率和不同温度等真实
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锂离子电池为电动汽车提供动力来源,其热稳定性、电安全性和力学特性关系到电动汽车的安全性能。单体电池的热逃逸会在模组中迅速蔓延,最终很可能引发电动汽车的热失控。尤其是在汽车发生碰撞的时候,动态冲击的工况更容易使电池发生结构失效,而电池组分材料失效是电池结构失效的起因,并且电池的力学响应还与环境温度、剩余电量（SOC）和循环寿命（SOH）等息息相关,那么揭示锂离子电池组分材料在高应变率和不同温度等真实服役条件下的力学响应和失效行为对电动汽车热失控防护和锂电池安全性设计具有重要的意义。因此,本文通过实验、数值分析和有限元分析的方法探究了棱柱形磷酸铁锂电池组分材料的力学响应和失效行为,构建了组分的材料模型并进行了验证,具体研究内容如下:（1）探讨高应变速率对电池组分材料力学响应的影响,首先对电池组分材料进行各向异性行为研究,分析材料的基本力学行为和在三个不同方向上的性能差异,这种差异主要是由材料的生产工艺和封装工艺引起的。然后对体现较强脆性性能的阴极材料进行了应变率效应的初步研究,发现其力学响应受应变率的影响并不明显。最后对阳极和隔膜材料在各向异性方向上进行了高速拉伸实验,分析了材料在动态载荷下的力学响应以及应变率变化对材料力学响应的影响,并且对试验后的试样进行了电镜扫描,结果表明其表面失效形式随应变率的变化具有明显的差异性。（2）分析组分材料的温度效应,在不同温度条件下对三种材料进行各向异性方向的单轴拉伸实验,通过实验数据总结了材料力学响应受温度的影响,同时分析了不同材料受温度影响的差异性,发现隔膜材料力学响应受温度的影响要比阳极和阴极更大。然后对试验后的试样进行了电镜扫描,结果表明其表面失效形式随温度的变化具有明显的差异性。（3）建立组分的材料模型用以描述其力学特征,同时考虑到材料的应变率效应（阴极除外）和温度效应,通过改进的Rambery-Osgood模型描述了阳极和阴极的力学行为,通过改进的粘塑性模型描述了隔膜的力学行为。同时,为了验证所构建的材料模型的精度,以便对电池组分材料进行力学响应的预测和有限元分析的应用,通过有限元软件LS-DYNA对所构建的材料模型进行计算分析并与实验结果进行对比,结果表明所构建的材料模型具有较好的准确性。
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