[发明专利]一种软包锂离子电池密封可靠度预测方法

摘要

本发明提供一种软包锂离子电池密封可靠度预测方法，包括：确定关键退化机理；构建考虑分散性的压强时间模型；通过有限元仿真，确定压强‑应力空间模型；结合粘接强度的退化机理，得到最大剥离力‑强度模型；利用加速退化模型，兼顾分散性，确定基于Gamma过程的最大剥离力‑时间模型；根据封装工艺特点，构建基于平稳过程的最大剥离力空间模型；最后根据多维应力‑强度干涉理论，对软包锂离子电池进行密封可靠度预测。本发明考虑了锂离子电池内部气压变化对外包装密封材料在全寿命周期内的退化过程的影响，模拟锂离子电池在实际使用过程中的各个密封部位性能变化趋势，理论计算不同环境条件下的软包锂离子电池密封可靠度，工程适用性强。

主权项

1.一种软包锂离子电池密封可靠度预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1：确定关键退化机理：对软包锂离子电池密封失效模式进行分析，找出关键失效模式并进行机理分析，确定关键失效机理及各自的敏感应力，根据机理分析结果，确定软包锂离子电池密封失效的关键失效机理为老化、蠕变和电解液腐蚀，其各自的敏感应力分别为温度、压强和水含量；S2：构建压强时间模型：通过统计不同软包锂离子电池样本的压强‑时间数据，利用极大似然拟合方法拟合模型数据，得到压强时间模型如下：Pr(t)＝Γ(t；α₁(t),λ₁)其中，Γ(t；α(t),λ)表示随时间t演化的Gamma过程；α(t)为该过程的形状参数；λ为尺度参数；t为时间；T为温度；Pr₀为初始压强均值；A_f,和C_f均为常数；压强时间模型的含义为：软包锂离子电池压强随时间变化的规律服从Gamma过程，温度通过影响Gamma过程的形状参数值来影响压强；S3：构建压强‑应力空间模型：软包锂离子电池内部压强均匀地作用在封装内壁上，使得密封处产生拉伸力，密封粘接界面产生法向正应力，通过建立有限元力学仿真模型，改变压强大小，提取密封边不同位置的应力结果，拟合关系式，利用对软包锂离子电池整体进行应力仿真得到各压强条件下的应力值，构建压强‑应力空间模型如下：其中，s为应力；x为空间位置坐标，表示该位置距封边端点的距离；l为封边长度；a、b、c均为常数；压强‑应力空间模型含义为：封装内壁某点的应力与压强成幂函数关系，同一封边不同位置的应力值关于封边中点对称，封边中点处应力最大；S4：构建最大剥离力‑强度模型：将样条的几何属性与样条材料的物理属性代入非线性剥离模型进行计算，建立最大剥离力P和界面属性的二次响应面关系式，构建最大剥离力‑强度模型为：其中，P为最大剥离力，c₀、c₁、c₂、c₃、c₄、c₅均为常数，为粘接强度，δc为特征长度；最大剥离力‑强度模型含义为：最大剥离力与粘接强度与特征长度两个材料物理属性呈多元二次函数关系；S5：构建最大剥离力加速退化模型：根据失效机理的分析结果，构建最大剥离力加速退化模型如下：其中，为最大剥离力的退化速率，A₀为试验常数，RH为电池内部水含量，Pr为压强，C为活化能与玻尔兹曼常数的比值，m为压强的幂律指数，n为水含量的幂律指数；之后引入Gamma过程来进一步表征最大剥离力的退化过程，此时的最大剥离力加速退化模型为：P(t)＝Γ(t；α(t),λ)最大剥离力加速退化模型的含义为：最大剥离力随时间变化的规律服从Gamma过程，温度、压强、电池内部水含量等环境因素通过影响Gamma过程的形状参数值来影响压强；S6：构建最大剥离力空间模型：由步骤S5得出，某时刻的取值服从Gamma分布，且各位置的初始最大剥离力均服从同一分布，构建最大剥离力空间模型如下：P(x+d)＝vP(x)+εε:E(λ)CDF(v)＝v^α‑1；v∈[0,1]P(0)～Ga(α,λ)上式含义为：位置相隔d的初始最大剥离力P(x+d)由上一位置的值P(x)生成，其中：εn服从参数为λ的指数分布；vn服从0到1上的幂律分布，其累计概率函数CDF为幂函数；初始位置的值P(0)服从Gamma分布；由该平稳过程表示的各位置初始时刻最大剥离力均服从同一Gamma分布，且相距D的两位置相关系数ρ满足如下关系：因此，根据初始时刻各位置最大剥离力试验数据计算相关系数并拟合位置相隔d的值；S7：构建多维应力‑强度干涉模型，并进行可靠度预测：按照步骤S2到步骤S6构建的模型，指定外界载荷条件进行计算，得到软包锂离子电池的应力‑时间‑位置曲面和强度‑时间‑位置曲面，根据应力‑强度干涉理论进行数值仿真，获得可靠度R值，数值仿真所用的多维应力‑强度干涉模型如下：其中，R表示可靠度，多维应力‑强度干涉模型含义为：时间维度上某点t的可靠度R(t)为该时刻各个封边最薄弱处能够正常工作的概率，即封边各个位置的粘接强度与粘接应力之差最小值大于零的概率。