Page 24 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 赵春风，等： 动态荷载作用下钠离子电池的失效行为与安全性能分析 第 8 期

2 试验结果与讨论

2.1 挤压速度的影响
探究不同挤压速度下钠离子电池的机械响应、电压演变及温度特性，对揭示其失效机制和安全边界
至关重要。为此，设定 7 组压头位移速率开展试验，部分结果如图 2(a) 所示，结合多参数同步采集解析
电池在力学-电压-温度多场耦合下的综合行为。不同挤压速度（v）下的载荷-位移曲线如图 2(b) 所示。
试验结果表明，不同速度下的变形趋势总体相似。随着挤压速度从 2 mm/min 提升至 15 mm/min，电池的
峰值载荷显著增大，增幅达 18.9%（由 2 mm/min 下的初始值增至 41.833 kN），达到峰值载荷所需的位移也随
之增大。相较之下，峰值温度的增幅相对较小（图 2(c)），这与试验采用的 0% SOC 钠离子电池特性有关。
在径向挤压头作用下，电池结构发生渐进变形。当变形量超过其承载极限时，结构失效，电解液从
正负极泄漏并引发内部短路，电压急剧下降，如图 2(d) 所示。将电压骤降、标志内部短路发生的时刻定
义为电池失效点。随着挤压速度的提高，电池失效位移增大，从低速下的 6.479 mm 增至 6.998 mm。对
比图 2(b) 与图 2(d) 可知，电池达到峰值载荷的时刻与失效点高度吻合。因此，峰值载荷点即表征了电池
的失效点。相对于锂离子电池，钠离子电池的峰值载荷达到 35.157 kN，比 18650 锂离子电池的 32 kN 高
约 9.8%；失效临界位移为 6.479 mm，超过锂离子电池的 6 mm，表明钠离子电池具有良好的变形能力和能
量吸收特性；更重要的是，钠离子电池在失效时的表面温度显著低于锂离子电池 [11] 。

45 42

40 40
35 Force/kN 38
30 36
34
Force/kN 25 6.2 6.5 6.8 7.1 7.4
Displacement/mm
20
4 mm/min
15 2 mm/min
6 mm/min
10 8 mm/min
10 mm/min
5 12 mm/min
15 mm/min
0 2 4 6 8
Displacement/mm
(a) Partial results of battery crush tests (b) Force-displacement curves
40 3.0
2 mm/min
4 mm/min
6 mm/min 2.5
35 8 mm/min
10 mm/min 2.0
Temperature/℃ 30 15 mm/min Voltage/V 1.5 2 mm/min
12 mm/min
4 mm/min
6 mm/min
10 mm/min
25 1.0 8 mm/min
0.5 12 mm/min
15 mm/min
20
0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 10
Displacement/mm Displacement/mm
(c) Temperature-displacement curves (d) Voltage-displacement curves
图 2 不同挤压速度下电池的机械响应部分照片以及力、温度和电压变化曲线
Fig. 2 Partial photos of mechanical responses and force-, temperature-, and voltage-displacement curves of batteries
under different extrusion speeds

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