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北航许骏教授研究团队在锂电池安全研究方面取得进展

发布者:[段斌]  来源:[本站]  浏览:[]  

       凭借能量密度高、寿命长、电压稳定和绿色环保的优点,锂电池已经成为汽车工业的使用主流。但过热、起火和爆炸等潜在安全隐患制约着锂电池的进一步发展。迫切的工业和社会需求使得锂电池的安全性得到了日益广泛而深入的研究。在涉及电动汽车交通事故中,锂电池的失效大多发生在碰撞、爆炸等极端条件下,而目前对于极端条件下锂电池的结构完整性国际上的研究仍显匮乏。

    自回国入校一年多时间内,为揭开锂电池在动态载荷下的失效原因,我校交通学院许骏教授及其团队成员经过大量实验、理论分析和数值模拟,在预测高应变率下锂电池的机械完整性上取得一系列重要进展,并陆续将研究成果发表在包括《Applied Energy》(IF=5.61Q16/135)、《ScientificReports》(IF=5.59Q15/57)等在内的国际著名期刊上。

    首先,许骏教授、博士生刘冰河同学与胡大勇博士在进行电池的结构实验时,发现锂电池在不同荷电状态下的机械完整性具有明显的差异。许骏教授团队随后用一系列的实验对这项现象予以了证实。在此之前,国际上对这种重要现象的研究处于空白。许骏教授团队的这一发现对揭示不同条件下锂电池内部电化学状态有着重要意义。相关研究成果发表在Nature旗下著名期刊《ScientificReports》(IF=5.59Q15/57)(许骏教授为第一作者,刘冰河博士生为学生第一作者,胡大勇讲师为通讯作者)。

    论文链接为:http://www.nature.com/articles/srep21829

    各组分在不同荷电状态下的力学性能

    其次,为了揭开荷电状态影响电池机械完整性的深层次原因,许骏教授、博士生王璐冰同学与殷莎博士通过对锂电池内部各组分在不同荷电状态下的力学性能做了实验研究,并对电池隔膜做了不同应变率下的各向拉伸实验。通过对实验数据的分析,发现当荷电状态更高时,会有更多锂离子嵌入锂电池的阳极之中,从而使得锂电池的机械完整性更好。相关研究成果发表在材料设计领域著名期刊《Materials & Design》(IF=3.50Q143/260)。(许骏教授为第一作者,王璐冰博士生为学生第一作者,殷莎讲师为通讯作者)。

    论文链接为:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127516300466

    隔膜在不同状态下的力学性能

    最后,为了量化荷电状态对锂电池在动态载荷下的力学行为和失效行为的影响,许骏教授团队将惯性效应、应变力效应和荷电状态效应考虑在内,在大量实验数据以及上述研究基础上,提出了新的且高度吻合实验结果的锂电池本构模型及失效模型,并通过参数化研究全面揭示了锂电池结构完整性的重要影响因素。相关研究成果发表在能源领域著名期刊《Applied Energy》(IF=5.61Q16/135)(许骏教授为第一作者,刘冰河博士生为学生第一作者,胡大勇讲师为通讯作者)、机械失效领域著名期刊《Engineering Failure andAnalysis》(IF=1.03Q213/33

    论文链接为:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630715001132

    论文链接为:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261916304469

    高应变率下锂电池的动态力学行为

    许骏教授团队的研究拓展了人们对于锂电池结构动态力学行为以及机械完整性的认知,为后续锂电池碰撞安全的研究提供了重要的理论依据

    上述研究得到了北航“卓越百人”教授科研启动经费、新能源汽车高效动力传动与系统控制北京市重点实验室科研经费、国家自然科学基金的资金支持。

     

    (文/孟康培)