振动和冲击对锂电池的性能、寿命及安全性有显著影响

风险积累

振动和冲击对锂电池的性能、寿命及安全性有显著影响，尤其在电动汽车、便携设备和运输场景中更为突出。

1. 电极材料破坏

• 微裂纹与剥落

  ：振动导致电极活性材料（如石墨负极）产生微裂纹甚至剥落，形成“死区”（失去电接触）和“热点”（局部电阻增大），降低电池容量和循环寿命。

• 实验证据

  ：50 Hz振动12小时后，18650电池容量衰减高达30.16%，电极表面出现明显破碎和电解液分解物沉积。

2. 隔膜损伤

• 撕裂与疲劳

  ：持续的机械应力使聚烯烃隔膜疲劳甚至撕裂，引发正负极直接接触，导致内部短路。

• 离子传输受阻

  ：隔膜微孔堵塞进一步抑制锂离子扩散，加剧电池内阻上升。

3. 连接件松动

• 焊接点或极耳因振动移位，导致接触电阻增大，充放电时局部过热，加速热失控风险。

  受影响的元件

  振动和冲击对锂离子电池内部受影响的主要组件包括：

  电极

  反复的冲击和振动会导致电极材料，主要是阳极，出现微小的裂缝。这会产生没有电气接触的“死点”和电阻增加的“热点”，从而降低电池性能和寿命。

  分隔膜

  电极之间的聚烯烃分隔膜会因连续的应力而疲劳和撕裂，使电极接触并引起内部短路。分隔膜也更容易堵塞，抑制离子流动。

  电解液

  振动会使液态电解质在电池内部晃动，磨损密封点和封装材料。电解液泄漏随着时间的推移而增加，降低了维持化学反应所需的电解液水平。

  内部连接

  机械应力会使电极和标签之间的焊接和连接器变松，增加充电和放电时的电阻和热量积累，导致容量减少和过热风险增加。

1. 容量衰减与内阻上升

• 振动与循环老化叠加时，电池容量损失更显著。例如，200次循环+振动后容量衰减0.78 Ah，远超单纯老化（0.42 Ah），欧姆内阻增加18.8%。

• 机理

  ：结构损伤加剧锂损失（LLI）和活性材料损失（LAM），电化学阻抗谱（EIS）显示电荷转移阻抗（Rct）和扩散阻力显著增大。

2. 热稳定性下降

• 振动后电池放电温升可达4°C，且温度分布不均，副反应增强，开路电压恢复率降低，表明热管理能力恶化。

1. 短路与热失控

• 强烈冲击或挤压可能使电池内部部件移位，直接引发短路。例如，车辆碰撞中电池包变形导致电芯短路，释放的热量点燃电解液，引发火灾或爆炸。

• 数据支持

  ：电动汽车火灾事故中，40.9%由外部机械冲击（如碰撞、挤压）引发。

2. 电解液泄漏

• 振动磨损密封点，长期作用导致电解液泄漏，降低电池性能并可能腐蚀周边部件。

1. 工程防护措施

• 结构设计

  ：采用加固电极、缓冲材料（如发泡聚乙烯）和防震外壳，减少内部组件位移。

• 运输方案

  ：使用围板箱（高强度材质+温控设计）吸收振动，并配备防短路包装。

2. 国际测试规范

• UN38.3认证

  ：强制要求锂电池通过振动（7–200 Hz扫频）、冲击（150g/6ms）、跌落等测试，确保运输安全。

• 车载标准

  （如GB38031）：模拟实际路况振动谱，检测电池包在X/Y/Z三轴的随机振动耐受性，失效形式包括壳体开裂、模组松动等。

表：典型振动测试标准对比

UN38.3

7–200 Hz 扫频

X/Y/Z三轴

运输安全认证

GB38031

5–200 Hz 随机振动

X/Y/Z三轴

车载电池系统

SAE J2380

随机振动（路谱）

垂直方向为主

北美电动汽车

振动和冲击通过机械损伤（电极/隔膜破坏）、电化学衰退（内阻增大、容量衰减）和安全风险（短路、热失控）三重路径影响锂电池。解决方案需结合抗振设计（如缓冲材料、结构加固）、严格测试（UN38.3、GB38031）及定期更换（电动工具电池建议2–3年更换）。在新能源汽车和储能领域，优化电池包机械集成与实时监测振动状态是未来关键方向。

维护和更换

虽然正常使用难免会使锂电池随着时间的推移在一定程度上受损，但在缺陷水平变得严重之前进行适当的维护和更换可以最大程度地帮助减少故障风险。

需要关注的问题包括：

充电间隔时间或容量降低。

充电时间延长。

充电期间或充电后异常发热。

电池外壳凸起或变形。

【免责声明】版权归原作者所有，本文仅用于技术分享与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，感谢关注！

-----------------------------------------------------------------

0、重磅 | 《新能源汽车动力电池包PACK设计课程从入门到精通40讲+免费分享篇》视频-2025年课程安排

持续更新：典型电池包案例分析（奥迪etron、捷豹I-pace、大众MEB、MODEL3、通用BOLT等）：

为什么选择这套课程：

大家好，我是LEVIN老师，近10年专注新能源动力电池包PACK系统设计、电池包热管理设计及CFD仿真。

该课程是全网唯一系统层级的PACK设计教程，从零部件开发到结构设计校核一系列课程，重点关注零部件设计、热管理零部件开发、电气零部件选型等，让你从一个小白从零开始入门学习新能源电池包设计。

2024回馈新老新能源人，（新能源电池包技术）公众号特惠，为方便大家提升，限量50份半价出售全套《新能源电池包PACK设计入门到进阶30讲+免费能分享篇》、《Fluent新能源电池包PACK热管理仿真入门到进阶28讲+番外篇》视频课程，并送持续答疑！了解更多课程，加微信号详询：LEVIN_simu

1、独家 | Ansys Fluent新能源动力电池PACK热仿真从入门到精通28讲-2023年课程安排（电池包热仿真）

说明：第5部分为免费分享篇，部分内容来源于网络公开资料收集和整理，不作为商业用途。

解决动力电池包MAP等效4C充电、热失控热抑制、恒功率AC/PTC滞环控制电路SOC模型设置教程；是目前市场上唯壹一套从PACK模型的简化到热模型建立和后处理评价标准的系统讲解。希望能帮助到大家。

了解更多《动力电池热管理系统设计》、《starccm+电池包热仿真课程》、《储能系统热管理设计与仿真课程》，
关注公众号：新能源电池包技术
或加右方微信号：LEVIN_simu

声明：本文系转载自互联网，请读者仅作参考，并自行核实相关内容。若对该稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与铁甲网联系，本网将迅速给您回应并做处理，再次感谢您的阅读与关注。