科研成果 | 胡玲玲教授、周名哲副研究员团队在领域顶刊eTransportation发表最新成果

        锂离子电池的发明与商业化，极大地推动了便携能源与电动交通的普及。然而，其广泛应用也伴随着严峻的安全挑战——尤其在电动汽车、电动垂直起降飞行器等高速运载工具中，碰撞冲击导致的电池内部结构破坏可能引发内短路，进而触发热失控，对人员安全构成威胁。目前，力学测试仍是探究电池机械完整性与安全边界的主要手段。现有研究大多基于干燥环境或准静态条件，忽略了电解液在实际冲击过程中的关键影响。在多孔电极与隔膜的动态变形过程中，电解液与微结构之间复杂的流固耦合作用影响电池失效行为的机制尚不明确，已成为准确评估电池碰撞安全、设计有效防护措施的核心瓶颈。

        针对这一问题，中山大学航空航天学院胡玲玲教授、周名哲副研究员团队以“Strain-rate-dependent failure behavior of lithium-ion batteries: Role of liquid electrolyte in impact safety”为题，在交通科学与技术领域顶刊《eTransportation》（IF=17，年发文量仅约100篇）上发表论文。该研究首次揭示了液态电解质在不同应变率下对电池力学响应与破坏模式的影响规律与机制，为电池的冲击安全设计与评估提供了关键实验依据与理论支撑。周名哲副研究员以及2023级硕士生颜瑾昱为文章的共同第一作者，胡玲玲教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市基础研究重点项目、深圳市科技重大专项的资助。

        研究团队通过定制磷酸铁锂软包电池，结合准静态压缩与分离式霍普金森压杆冲击实验，覆盖了0.005/s至2000/s的宽应变率范围，系统对比了干燥与含电解液电池的力学行为。研究发现，电解液在高应变率冲击下，会显著削弱电池的承载能力，导致其峰值应力、失效应变和后段刚度明显下降；而在准静态加载中，其影响却微乎其微。这种“动态弱化效应”，与电池材料本身通常表现出的“应变率强化”行为存在明显区别。

        为揭示这一独特现象的物理机制，团队创新性地采用透明封装电池，首次实现了对电解液迁移过程的实时观测，并结合微观结构损伤分析发现：在高速加载时，电解液无法及时从多孔结构中排出，产生显著的内部孔隙压力。该压力对隔膜纤维和电极涂层颗粒界面施加了额外的拉应力，最终导致含液电池出现条带状隔膜减薄与涂层微裂纹——这些特征性损伤在干燥样品中并未出现。这一发现从微观层面证实，电解液在高应变率下的惯性效应与受限流动，是导致电池动态强度不升反降的关键。

        本研究揭示了以往对干燥状态电池材料的动态力学测试会高估电池在实际碰撞中的安全边界，强调了在动态安全评估中必须考虑电解液的影响。该成果不仅深化了对锂离子电池动态失效机理的理解，也为建立准确的本构模型、开发下一代耐冲击电池系统提供了重要的实验基础与设计指导，对提升电动交通工具的碰撞安全性具有实质性意义。

主要作者信息介绍

通讯作者

        胡玲玲，中山大学航空航天学院教授、工程力学研究所所长、非线性与冲击动力学中心主任。担任Int J Impact Eng编委、中国力学学会理事、广东省振动工程学会副理事长等。长期从事冲击安全防护研究，获得广东省自然科学二等奖（排1）、广东省力学自然科学一等奖（排1）、全国王仁青年科技奖、全国爆炸力学优秀青年学者奖、全国徐芝纶优秀力学教师奖等，2021-2025连续5年入选“全球前2%顶尖科学家”榜单。

第一作者

        周名哲，中山大学航空航天学院特聘副研究员，研究方向聚焦于电池碰撞安全、结构安全与防护及冲击动力学。主持国家自然科学基金青年项目等纵向课题3项，并作为团队核心成员参与多项电池安全相关项目。在eTransportation、Energy、Eng. Fract. Mech.、J. Power Sources等能源和力学领域期刊发表论文13篇，获授权专利2项。相关成果多次在领域内学术会议做分会场邀请报告。

        颜瑾昱，中山大学2023级硕士研究生，研究方向为锂电池的多物理场仿真与动态力学行为。

论文信息

1、引用格式

        Mingzhe, Zhou, Jinyu Yan, Qingfei Ren, Yongrou Zhang, Lingling Hu. Strain-rate-dependent failure behavior of lithium-ion batteries: role of liquid electrolyte in impact safety. eTransportation, 2025, 26: 100490. https://doi.org/10.1016/j.etran.2025.100490

2、文章链接

        https://authors.elsevier.com/c/1ls809CxAHH~mJ

供稿 | 周名哲

排版 | 敖欣茹

初审 | 胡玲玲 张怀钦

审核 | 张锦绣 赵晓江

审定发布 | 罗愈业