锂离子电池机械滥用失效机理及仿真模型研究进展*

刘首彤，黄沛丰，白中浩

（湖南大学，汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410084）

前言

锂离子电池由于循环寿命长、能量密度高、容量大等特点被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和储能电站等。近年来，在各国的大力扶持下，电动汽车行业和锂电池行业快速发展，但由电池失效引发的安全事故也随之明显增多。

从电池安全事故的诱发机理上，造成电池失效或失控的行为大致可以分为3大类：机械、电和热滥用。其中机械滥用行为多发生在汽车的碰撞或底部刮蹭中，主要是对电池的挤压、磕碰和穿刺等机械加载。目前，研究人员通过大量研究，揭示了不同电池类型和不同机械滥用加载方式下锂离子电池发生失控或失效的机理：其主要过程是机械滥用行为造成电池内部组件的失效，从而引起内短路；内短路的发生会诱发电池内部诸多的放热反应，继而造成电池温度的急剧升高，最终导致热失控。而不同强度和形式的机械加载对电池热失控作用机理有所区别，不同的机械滥用加载（如挤压、针刺等）会导致电池出现不同的变形或失效形式，从而通过不同的过程造成电池的内短路。

为模拟电池在机械加载下的失控行为，研究人员提出了对应的力学模型、电化学模型、电模型、热模型和热失控模型等。这些模型具有不同的应用场景和使用范围，例如通过力学模型来研究由机械加载带来的内短路形式或失效形式，通过耦合电化学模型、热模型和热失控模型模拟机械加载带来的热失控行为。

本文聚焦于锂离子电池机械滥用安全问题，就国内外对机械滥用引起的锂离子电池失效机理的研究现状进行了概述，并总结了锂离子电池在不同机械加载条件下的失效机理，以及包括力学模型、热模型、电模型、电化学模型和热失控模型等多种机械滥用仿真模型。

1 机械滥用引起的失控及其失效机理

机械滥用行为大多发生在汽车碰撞事故中，包括机械冲击、跌落、穿透、挤压和侧翻等。为了更简明地分析机械滥用行为给锂离子电池带来的损伤，研究人员通常把滥用行为通过多种机械加载实验测试来进行特定的分析。

在不同测试条件下进行实验的结果有一定差异，但总体而言，锂离子电池在机械滥用下的热失控过程大致分为如图1所示的4个阶段：（1）机械加载导致电池产生不同程度变形；（2）电池的变形引起隔膜或电极的机械失效，继而引发内短路、温度升高、压力增加和气体释放等现象；（3）内短路的发生触发一系列放热型副反应发生，这些反应持续进行，在产热率高于散热率时，使得温度急剧升高，导致电池热失控；（4）在更极端的情况下，电池热失控引发起火甚至爆炸。

图1 机械滥用下电池热失控的步骤［5］

对于叠层形式的锂电池而言，内短路的主要形式分为4种，如图2所示：（1）正极的铝集流体和负极的铜集流体直接接触；（2）正极活性材料与负极铜集流体接触；（3）负极活性材料与正极铝集流体的接触；（4）正极和负极活性材料的直接接触。图3展示了4种内短路情形下电池产生的局部温度，其中情形3产生的温升速率快且温度高，是4种内短路中最危险的情形，而情形4是锂电池最易发生的内短路情形。但在现实中，由于诱发原因的多样性，实际发生的内短路情况更复杂。

图2 内短路的4种情形［12］

图3 4种不同内短路情况下的电池温度［12］

判定内短路发生的标准一般是电压骤降至0，并伴随温度升高，如图4所示。根据内短路发生时锂电池不同的电压降情况，将内短路类型分成两类，如图5所示。对于电压略微下降的内短路情况称为次要内短路，而有明显的电压降的情况称为主要内短路，在主要内短路发生后，如果电压持续下降到0，则认为此时发生了硬短路；但若电压在下降片刻后能自动恢复，则认为发生了软短路。在不同SOC下电池所发生的短路类型可能也会有所不同，在较低SOC下电池发生的可能是软短路，但对于高SOC，电池发生的却可能是硬短路。不同的滥用类型，对SOC的依赖程度不同，有些滥用工况，即便在高SOC下也不会引起电池的热失控。此外，电压下降速率与隔膜的损伤情况也存在一定的关系，隔膜破裂引起的硬内短路电压降较为迅速，而隔膜被压平变薄则引起缓慢的电压降。

图4 刚性杆局部压痕、半球头冲击实验时电池电压、温度随时间的变化［4］

图5 内短路时不同的电压降情况及相应定义［13］

内短路产生的局部高温会引发电池内部的一系列副反应的发生，比如电解液与负极内嵌锂反应，负极表面固体电解质膜分解反应，电解液分解反应和正极材料分解反应等。这些反应会首先在内短路点附近局部区域产生热量，然后逐步扩散到电池整体，造成电池的整体升温。温度的升高会引起更多的放热反应，使电池温度持续上升。而过高的温度会引起隔膜的大面积褶皱收缩，继而引发更大面积的内短路，最终造成电池热失控的发生。在热失控发生时，往往会伴随着起火或爆炸。

1.1 压缩滥用的失效和失控机理

对锂电池进行两平板间的压缩实验是研究电池失效的典型手段。圆柱形锂电池在受到径向压缩后，中空轴两侧区域出现了分层现象，如图6所示，同时电池结构发生了剪切破坏，且伴有电解液的溢出。图7为径向压缩下电池的载荷−位移曲线。由图可见，随着载荷的增加，当载荷达到30 kN（或40 kN）时，电池的载荷−位移曲线出现了应力突降的现象，同时电池外壳开裂，卷芯喷出。在此过程中，电池电压可能突降并趋近于零，电池温度在短时间内迅速升高并伴有刺激性气体的迅速排出，这说明电池由于受到挤压后内部结构发生破坏，导致内短路发生。若加载速度过高或载荷过大，电池可能发生剧烈的热失控现象，电池的负极端被炸开，出现喷火现象，并在不到2 s的时间内将整个电池完全引燃，电池内部气流从负极端喷射出来，同时电池内部靠近负极部分的集流体和正负极材料碎屑也随着气流而随处喷溅，电池的壳体也将被烧成焦黑状。在压缩过程中，锂电池的内短路和电池的致密化有关，在弹性模量达到最大值时，电池发生内短路，且随着SOC的增大，负极的嵌锂程度发生变化，厚度和弹性模量增大，这些会引起电池内短路的应变减小。

图6 电池在径向压缩下的变形［4］

图7 径向压缩下电池的载荷−位移曲线［4］

方形锂电池在受压时，很容易出现电解液泄漏的现象，且会出现局部屈曲的现象，而电池外壳能很好地防止电池发生屈曲和弯曲。电池在受压前期，变形模式为平滑屈曲模式，而随着载荷的增加，单元组件出现扭结。载荷继续增加，组件的扭结会发展成褶皱，造成结构的完全变形。而在厚度方向压缩时，过大的载荷会导致电芯被压实，电池外壳开裂且会伴随着电解液的泄漏，在这个过程中，电池电极活性材料可能会相互接触，导致电池发生内短路。在压缩时，锂电池在压力作用下无法进一步膨胀，因此正负极的接触更加紧密，内短路产生的热量也更多，在叠层间的传播也更快，因此热失控也将更加剧烈。

不同于径向压缩，圆柱电池在轴向压缩时，变形区域主要发生在端盖处，因此可以推断，电池的内短路主要发生在顶部区域。引发内短路的可能原因包括：（1）壳体通过隔膜裂缝与卷芯接触引发短路；（2）正负极通过隔膜的裂纹相互接触；（3）正负极通过隔膜的折痕相互接触；（4）安全阀被压下，与卷芯接触引发内短路。引发内短路的实际形式可能是上述情形中的一种或多种。

1.2 压痕滥用的失效和失控机理

压痕实验是引发电池内短路的重要测试手段，一般有刚性杆引起的局部压痕和半球头压痕。压痕实验中电池的径向方向受到压缩应力，在轴向方向受到拉伸应力。

压痕加载下，锂电池从受压到失效主要经历3个阶段，如图8所示。在第1阶段，载荷随着刚度的增加而增加，且在刚度达到最大值时认为是电池损伤的起始点；第2阶段，刚度开始减小，但载荷依旧增加，同时损伤积累造成电池的机械失效；第3阶段，由于电池的失效，载荷骤降，同时，载荷曲线出现拐点，电压也骤降到0，电池温度也随之升高，此时认为电池发生了内短路现象。受到压痕后的圆柱电池内部结构如图9所示，在中心轴两侧处发生了局部屈曲。这3个阶段的区分节点与负极和隔膜界面间的变化有关，其中在刚度达到峰值前，负极材料与隔膜形成紧密黏附，从刚度下降到峰值载荷出现前，隔膜出现分层现象，并且负极的碳颗粒与集流体脱离，而载荷的骤降可能是由集流体和隔膜同时断裂所致。

图8 压痕实验下电池的力学、电压、温度响应［31］

图9 压痕实验中内短路发生时的电池压痕中心截面［31］

若将压痕加载后的方形电池拆解，通过光学显微镜观察其内部构造，如图10（a）所示，可以看到各层的物质因为抗撕强度低而发生屈服，引起集流体和隔膜间的局部断裂，这种撕裂也会引起活性物质会沿着断裂线的流失，如图10（b）所示，内部结构会重新排列。另外在加载过程中，隔膜可能会由于变形硬化的电极的侵入而失效，同时隔膜自身会发生弯曲或扭曲，造成正负集流体或活性材料间的接触而引发内短路。在内短路发生后，短路位置集中产生焦耳热，并扩散到整个电池，并有可能引发热失控，但电池的尺寸或荷电状态会影响热失控的风险。此外，圆形压头会比椭圆形压头更易引发热失控，而高SOC的电池，在热失控时放电时间更长，因此热失控温度更高。

图10 压痕实验下的电池失效模式

1.3 针刺滥用的失效和失控机理

针刺实验主要模拟异物在电池的使用过程中插入电池内的情况，以研究电池失效机理中最危险的情况。

通过CT扫描针刺时的电池内部结构，可以分析针刺时电池的热失控行为：电池的热失控在刺钉刚刺入电池壳体但未刺穿时开始，在刺钉刺入处发生硬内短路，此时的主要产热是焦耳热，但刺入深度进一步增大，刺钉与电芯材料接触面积增大，电流下降，内短路的影响开始变缓。随着针刺深度的增加和热失控反应的进行，电池卷芯出现撕裂，这是由于卷芯材料抗拉伸强度不足所致，裂纹沿径向传播的同时增大内短路面积，导致产热面积逐渐扩大。此外，在针刺过程中，破碎的活性物质流向电池的排气通道，反应热向泄压阀转移，造成热失控后期高温区域转移到电池顶端。

图11示出针刺实验中4个位置的温度。由图可见，电池在遭受轴向方向的针刺时，比径向方向的针刺达到的温度更高，因此即便在低SOC时，轴向方向的针刺也更容易引发电芯的热失控。但径向针刺时的热失控传播速度更快，这是由于在针刺过程中，径向方向上发生短路的叠层数增加，会引起轴向和方位角方向的热传播率增加，进而导致热失控在整个电池中的更快传播。

图11 针刺实验中4个位置的温度［42，50］

不同条件下的针刺实验，其电池的热失控现象也略有不同。图12展示了不同SOC时不同针刺速度下对电池进行针刺实验的结果，其中高SOC的电池因内部活性物质浓度更高，热失控时放热反应的产热随之增大，且初始焦耳热也有所增加，因此针刺时SOC越高，电池越容易发生热失控。对于径向的不同针刺位置，在电芯中间位置进行针刺时，电池热失控温度最高，这主要是由于此位置下针刺时热失控的传播速度更快，反应区域更大，热失控过程更剧烈。此外，针刺深度也会影响热失控的发生，但针刺深度与热失控最高温度并不成正相关，这主要是由于随针刺深度的增加，虽然电芯的内短路区域增加，焦耳热增加，但同时电池的散热速率也会提高，随着针刺深度的增加，散热速率的增加反而会大于产热率，此时热失控温度有所下降。图13为不同针刺速度下的最高温度的时间历程。由图可见，针刺速度越低，热失控的风险越大，这是因为更低的速度意味着刺钉与电池接触时间更长，相应的短路电流的存在时间更长，产热也会越高。此外，由于不同位置针刺时电池的散热效率不同，针刺位置也会影响热失控的发生，而极耳也是影响针刺结果的一个因素。

图12 不同SOC、不同针刺速度下电池热失控情况［40−41］

图13 不同针刺速度下最高温度的时间历程［48］

与高导热率、高导电率的金属刺钉相比，将绝缘刺钉刺入锂电池时，产生的短路电流更小，并且产热过程中，电池的热量不能通过刺入的绝缘刺钉散发出去，锂电池的温度会更高，但热量会均匀的散布在整个电池上。

1.4 弱机械滥用的失效机理

锂电池遭受机械滥用后，若仅发生轻微变形或损伤，不会引起恶劣的内短路失效或热失控现象，这种弱机械滥用行为可能会引起锂电池的性能变化。

若通过螺纹压痕实验造成锂电池内部轻微损伤后，锂电池会发生微小内短路，同时电压下降，温度上升，但短时间后电压会回升，这种回升现象是由于内短路位置处的破碎集流体在升温过程中熔化，从而导致内短路断开，电压回升。这个过程中，会造成锂电池的容量损失和阻抗增加。

将锂电池约束在夹具中进行循环测试，若仅施加轻微的约束力，可以有效减轻由于循环导致的波纹，从而获得更高的容量保持率。但当约束力过大时，电池内部的可循环锂消耗严重，正极表面出现明显的固体界面膜，电池的容量衰减速率大幅增大。而在施加轻微压痕载荷后，压痕位置的铜集流体出现“泥浆”状的破碎，或者直接发生断裂，且铜箔表面出现界面层，导致界面区域的铜箔被腐蚀，进而造成电池的阻抗增加。轻微压痕也会造成锂电池的容量损失，而大容量电池能更好地抵御变形，容量的变化也更小，轻微压痕后电池的容量变化主要是可循环锂损失，这与集流体的碎裂、负极活性颗粒的破碎和正极活性物质的压实现象有关。对轻微压痕后的电池进行循环测试可以发现，在循环前期压痕电池的容量衰减速率与正常电池无异，但在循环后期会出现加速衰减的情况，而压痕电池容量加速衰减的机制主要是活性物质损失和可循环锂存积损失。但目前没有文献报道弱滥用后锂电池热稳定性的变化。

不同的加载形式对锂电池的损害存在区别，压缩载荷下，外壳的破裂会导致电解液泄漏和空气直接接触电极材料，因此在受到较大载荷时可能出现喷火现象；压痕滥用下，锂电池受到更加强烈的局部载荷，出现的局部失效特征更典型，因此这种加载形式常用于锂电池的局部内短路分析；针刺滥用下，锂电池的热失控特征表现更明显，目前已成为检测锂电池机械安全性的重要测试方法；弱滥用情况下，锂电池的性能衰减比较突出，而安全性方面有待进一步研究。

在现实电动汽车的事故中，不仅会发生新鲜电池的机械滥用行为，循环老化后的锂电池更有可能遭受机械滥用。例如低温循环后的老化电池，能更好地抵抗初始变形，这是由于老化电池的负极增厚，孔隙率增加，因此抵抗变形的能力有所提升。但低温老化的锂电池内部存在锂枝晶，因此在机械载荷下更容易刺穿隔膜，且老化电池的剪切破坏更加严重，因此内短路后压痕位置的温度积累更多。而在更快的充电速率下循环后，锂电池抵抗拉伸形变的能力会明显减弱。

2 机械滥用下锂电池失控或失效机理模型

机械滥用下的电池失效或失控是一个复杂的物理过程，由于实验的可观察性和可重复性较低，有时难以为分析失效形式提供有效的实验数据或依据，因此使用仿真模型研究失效过程是一种重要的分析方法。

2.1 机械滥用下锂电池失控或失效机理的分析模型

研究机械滥用下锂离子电池的失效机理所用到的模型中，力学模型常用来分析锂电池的变形过程和模式，通过耦合电化学模型、热失控模型、热模型和内短路模型，可以研究机械滥用导致的锂电池热失控过程和机理。

力学模型常用于表征材料力学属性，即材料的本构模型，并通过搭建有限元模型方法模拟电池的失效。研究者在对电芯力学属性研究中发现，卷芯在整个变形过程中，可以当作一个材料进行分析，即建立卷芯的均质化模型。

对锂电池进行多种机械加载实验后，分析其应力响应关系，根据应力应变曲线的拟合结果，可以得到应力应变的关系，即

式中：为一个受材料影响的常量；为主应力；为体积应变。而材料失效所对应的应变临界值，需要通过实验测定。考虑压力相关的无关联流动法则，得到18650电池的均质化本构模型：

式中为材料常数，需要通过实验确定。为了在仿真中更好地表征实际实验结果，将摩尔－库仑理论（MC）失效准则运用于各向同性连续体的失效模型，表达式为

式中：为剪切应力；σ为主应力；、为材料常数。随着研究的深入，研究者们开始考虑电芯的各向异性，如Elham等通过CT扫描机械加载下电池的损伤位置、形状、大小，并从微观角度研究电池材料的各向异性。此外，通过工程常数描述锂离子电池在弹性阶段的各向异性，同时利用屈服应力比描述其塑性阶段的各向异性，最后在硬化阶段考虑了SOC相关性和动态效应，由此获得考虑各向异性、动力学等因素的锂电池均质化模型：

式中：为应力；为塑性应变；为屈服应力；为临界塑性应变；为荷电状态值；̇为应变率；、、为待拟合的参数。

机械滥用行为下，机械变形是引起锂电池内短路的重要因素，因此可以通过机械屈服标准表征内短路，其中最常用的就是隔膜失效准则；隔膜失效会引起电池局部电流增大，因此局部电流密度也可以作为内短路的判别条件；在复杂的应力条件下，考虑3个主应力的统一强度理论可以更好地满足要求；此外，阴极阳极的集流体距离也是重要的内短路判定准则，但该准则需要结合实验调整判定标准。

内短路模型中的电荷传导主要受短路时的电子传导影响，其主要的公式如下：

式中：表示电流密度；表示通过不同固相间的电导率；表示电势；表示电场；表示电流流过时产生的焦耳热。

电化学模型一般是一维模型，但也被称为伪二维模型，一般用 Doyle Marc发展而来的多孔电极理论来描述电池内的电化学行为，电化学模型是基于电荷守恒和物质守恒定律搭建的，主要的场变量有固相电势、液相电势和锂离子浓度，锂离子和电子的交换发生在固液相界之间，而固液相界之间的电流密度由Bulter–Volmer方程表示。

锂离子电池热滥用反应模型是由在升温时各组件反应的三维电池模拟的，在未考虑燃烧反应情况下，对热失控过程中的各部分反应分别进行描述，即SEI膜分解反应、负极与电解液反应、正极与电解液反应和电解质分解反应。

热模型是对整个滥用失效过程中能量平衡的表述：

式中：为密度；C为比热；为温度；为时间；为热量。由于机械滥用下的电池失效过程是一个复杂而综合的过程，所以须对多种模型进行耦合。常用的耦合关系如图14所示。

图14 研究机械滥用导致电池热失控机理时使用的模型之间的耦合关系［13，64］

在机械滥用条件下，力学模型可以根据不同加载条件输出电池内部结构的应力应变状态，通过短路失效准则（通常是锂电池应力应变状态）与内短路模型建立耦合关系；内短路模型基于力学模型的状态输入，计算出电池在发生内短路失效时的产热量，并将产热量作为热源项耦合到热模型，而内短路电流也将耦合到电池模型；电池模型在输入的温度和内短路循环电流条件下计算电池在机械滥用下的电压和产热，这些值也进一步反馈至内短路与热模型中用于下一时刻的计算；热模型综合各个热源项计算出电池温度分布，当电池内短路点出现过高温度时，将进一步引发电池热失控反应；热失控模型可以计算出热失控过程中的产热量，并将产热量传入热模型用于下一时刻的计算。通过多物理场模型不断的耦合、迭代，方能较为准确地模拟出机械滥用下的电池失效过程。

目前，常通过耦合不同的模型，分析内短路阻值和隔膜失效层数等参数对于机械滥用下锂电池热失控的影响。

2.2 机械滥用下锂电池失控或失效机理的有限元模型

目前研究者们在锂电池领域所建立的有限元模型可分为精细化模型、均质化模型和代表体积元模型3种。

2.2.1 锂电池精细化模型

精细化模型是建立在详细的电池组件的材料特性和本构模型基础上，最接近实际电池构造的一种模型。这种模型是研究细胞结构的变形顺序和内短路原因的有力工具。但在获得材料特性时需要大量的实验和分析。

模型的搭建要确保电池外形尺寸的准确，内部构造也须与电池一致。例如建立详细的18650电池的精细化模型，如图15所示，可以实现锂电池在轴向压缩下的变形和失效机理的模拟分析。这类模型须根据不同组件的材料属性对模型进行匹配。此外根据圆柱电池的轴对称结构，可以构建1/4电池模型来简化计算，如图15所示。方形电池同样可以通过精细化模型研究遭受机械滥用时的失效形式。而通过对不同组件的精细化建模研究，可以分析不同组件对于锂电池安全性的影响。

图15 18650精细化模型内部构造［20］

精细化模型能够得到很好的模拟结果，但是建立精细化模型需要对电池各部分的结构、材料属性等有充分的了解，且需要计算能力很强的计算机。因此在很多分析中并不是最合适的模型，在能够达到分析目的的前提下，使用均质化模型可能是更好的选择。

2.2.2 锂电池均质化模型

均质化模型将电池的内芯看作一个均匀材质的整体，以此来研究电池的失效或力学特性等，电池建模的任务因此得到简化。在建模软件中选择合适的材料本构模型和标定未知系数，其中未知参数须通过实验来获取。目前最常用的材料模型有可破碎泡沫模型、蜂窝模型和古尔森模型。

研究者在对电芯力学属性研究中发现，若不考虑各向异性，电芯的力学响应特性与可破碎金属材料比较相近，因此很多研究人员选用这种材料来模拟不同类型电池，使用这种材料建立的方形电池的有限元模型，在锂电池在压痕下失效的研究中有很好的模拟效果。但是在考虑各向异性的情况下，实验者发现这种材料模型不能很好地满足要求，因此后来研究者们开始使用蜂窝模型。在均质化模型中，仅考虑各向同性时，计算更加简单，但不能很好地预测出电池失效时产生的裂纹方向。而考虑各向异性会补足各向同性模型的缺点，但同时也需要更多的实验来获取模型参数。此外，通过组合不同的失效准则，能帮助均质化模型应用于更复杂的模拟场景。

2.2.3 锂电池代表体积元模型

精细化模型计算需要算力强大的计算机，一些研究者为了简化模型的计算，提出了用代表体积元（representative volume element，RVE）模型来代替完整的电池模型，如图16所示。学者们不再对整个电池进行建模，而是取电池的部分结构来代表整个电池，但需要保证这小部分模型能反映整个电池的变形过程。代表体积元模型在提取电池材料参数、模拟电池失效和设计方面体现出良好适用性，又不会消耗过多的算力。

图16 代表体积单元的选取示意图［26，73］

这类模型多用于研究机械加载下电池的变形或失效模式，例如，Lai等建立了理想化动力学模型来解释代表体积单元试样在面内压缩下的变形和损伤机理。需要强调的是，搭建的RVE模型的大小与研究的加载模式有关，例如研究方形电池的面内压缩时，须保证RVE模型的尺寸大于锂电池的弯曲波长，这样才能保证模型有可信的模拟结果。在满足这个前提下，用RVE模型可以更好地研究电池组件的属性对锂电池变形的影响。

此外，不同类型的模型也可以混合使用。例如在组件尺度建立代表体积元模型，与电池单体尺度的均质化模型进行混合，既能模拟锂电池内短路行为，又能准确预测电池的热电行为；将精细化模型简化成由“等效涂层材料”和“等效金属箔材料”组成的“增强型均质化模型”，既可大幅缩减计算时间，在仿真由材料不均匀性导致的组件折叠现象时也有很好的效果。

3 结论与展望

因汽车碰撞、托底等造成的机械滥用是常见的电动汽车事故场景。本文综述了锂离子电池在遭受机械滥用后的失效机理和模拟机械滥用工况时所用的多种分析模型和有限元模型。

（1）在失效机理方面，分析和总结了锂离子电池典型的失控过程，并详细阐述了锂离子电池在各类机械加载工况下的失效过程；

（2）在分析模型方面，总结了当下研究机械加载下锂离子电池失效的力学模型，并研究失控时的电化学模型、热模型、内短路模型和热失控模型。

目前对于机械滥用下的失效机理，研究人员做了大量的工作，得到了全面又详细的内部失控机理的解释。但近来常出现的电动汽车“突然死亡”事件，很难查出具体失控原因，且事故前无安全预警，表明目前研究工作中的不足，因此提出以下展望：

（1）弱滥用下的损伤演化机理。锂离子电池在遭受不严重的机械滥用后，不会出现明显的内部损伤和参数变化，但可能发展出影响电池安全性能的内部损伤，若不及时发现和处理，可能在后续的使用中逐步演化，导致安全事故的发生。因此，研究遭受弱滥用加载的锂离子电池的安全性能演变，是防范电动车发生事故的重要一环。

（2）机械滥用安全预警。安全预警一直是锂电池防护的重要课题。现有温度测量技术仅能测量锂电池表面温度，且这种测量方法迟缓、时效性低，因此研究能够用于快速诊断电池异常的方法，例如电池内部温度测量，对防范锂电池安全事故十分重要。此外电动汽车实际运行过程中的参数采样精度低，数据波动大，且受驾驶情况影响大，目前的预警模型并不能针对这种机械滥用进行有效预警。因此，目前急需开发可以有效诊断和预警存在机械损伤电芯的安全预警模型。

（3）机械防护轻量化。电池包往往是电动汽车在碰撞事故中起火源，需要对其进行全方位的机械防护。但为了追求续航里程，很多车企通过去模组化、“减配”电池包外壳防护来提高电池的高能量密度。如何通过轻量化设计，在保障电池安全的同时也能提高电池的能量密度，为电动汽车的机械防护设计带来了挑战。

锂离子电池的发展给人们生活带来很大的便利，同时也为安全设计带来了巨大的挑战。全面了解电池机械滥用失效机理，可以为电池安全设计提供理论依据，为人们的生命财产安全提供保障。