CEJ：锂离子电池机械滥用行为的定量解析研究评述

当前，锂离子电池（LIBs）机械滥用研究虽有进展，但仍存在诸多空白。一方面，现有研究多受限于预定义的测试协议，所获变形数据多反映设备设置，而非电池内部结构的真实变化。另一方面，传统应变片测量范围有限，难以全面捕捉电池表面的位移和应变变化。此外，对于电池在不同荷电状态（SOC）下的力学行为变化机制，尚缺乏系统性的定量研究，尤其在微观结构与宏观力学性能之间的关联方面。这些空白限制了对电池在复杂机械滥用条件下真实力学响应的全面理解，进而影响了电池安全性能的精准评估与优化设计。

本论文团队创新性地引入了一种结合压痕技术和DIC的新方法，用于定量分析锂离子电池在机械滥用条件下的力学响应。实验中，使用了52 Ah的棱柱形铝壳电池，正极材料为NCM532，负极材料为石墨。通过精确的充放电循环控制，将电池调整到不同的荷电状态（SOC），并施加半球形压头进行压痕测试。与此同时，利用DIC系统实时记录电池表面的变形情况，实现了对电池结构与受力的定量解耦。团队还通过密度泛函理论（DFT）计算，深入分析了电池材料在不同SOC下的力学性能变化，为实验结果提供了坚实的理论支持。为了验证该方法的普适性，研究者进一步使用另一种类型的电池（NCM622）进行了对比测试，结果表明该方法对于分析不同类型电池的机械滥用响应具有广泛的适用性。

研究通过引入DIC辅助的压痕测试方法，为锂离子电池在机械滥用条件下的力学行为研究提供了全新的视角和高精度的定量分析手段。这种方法突破了传统研究中受限于设备设置和测量范围的局限性，实现了对电池表面全场地变形和应变分布的实时、非接触式监测，能够捕捉到压痕头接触点以外的变形信息，从而实现电池结构与受力的定量解耦。该研究的创新性和普适性使其在电池安全性和可靠性研究领域具有深远影响。此外，该研究还为全固态电池等下一代电池技术的发展提供了新的思路，特别是在实时监测和定量分析电池内部压力变化方面，为解决固态电池中的界面阻抗问题提供了潜在的应用价值。这一成果有望推动电池技术在电动汽车、储能系统等关键领域的安全性和可靠性提升，为新能源技术的广泛应用提供有力支持。

国联研究院正高级工程师余章龙和正高级工程师马小利为本论文的第一作者，国联研究院正高级工程师方彦彦和北京科技大学连芳教授为本论文通讯作者。该研究得到了北京市自然科学基金-小米联合基金、中华人民共和国工业和信息化部新能源汽车动力电池全生命周期检测验证公共服务平台项目的支持。