基于Comsol的锂电池针刺实验仿真分析

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锂电池针刺实验

    针刺实验正是为了模拟锂离子电池内部短路的情况而设计的安全测试，下图为日本早稻田大学的Tokihiko Yokoshima等人采用计算机断层扫面技术得到的锂离子电池在针刺全过程【2】。从图中我们能够看到当钢针进入到电池内部0.2mm时，电池内部形成了第一个短路点，由于短路的发生电池内部开始产气，同时电池电压也下降到了3.6V，同时钢针的曲率半径液从20um增加到了100um，这主要是因为短路点的大电流使得钢针尖端发生融化，表面短路点的温度极高，此时由于钢针尖端的融化电池内短路点断开，电池的电压出现了回升，稳定在了3.8V。

    从上面的实例可以看到针刺实验主要是通过钢针刺穿电芯，引起正负极短路，模拟电池发生内短路的情况。因此不难看出，针刺速度越慢、钢针直径越小、电池容量越大，短路点的电流密度也会越大，电池的温升越高，电池也更容易发生热失控。

这是实验当中监测的锂电池电压变化。

此次采用Comsol 锂电池、传热模块和PDE模块，对针刺过程的电化学、热进行仿真分析。

锂电池在满电状态下一定倍率放电，钢针以一定的速率进行刺穿。

以下是锂电池穿刺过程的热变化以及 锂电池内部电化学电流的流线分布变化。

comsol电化学仿真计算出来的电压变化曲线，在刺穿不同电化学层时，体现出来的电压台阶。

穿刺过程中的热功耗变化曲线。

穿刺过程中的温度变化 。