锂离子电池因其电压平台高、能量密度高、循环寿命长等优点已被广泛应用于电子、汽车和航空航天等领域,但随着长期充放电循环电池会发生衰减老化,对电池的失效机制进行系统性的研究并建立考虑电池老化机理的高精度仿真模型十分必要。本文在锂离子电池老化衰减机制研究的基础上,建立了考虑电池老化因素的电化学仿真模型,基于模型对电池老化过程中参数退化规律进行了系统研究。以18650型LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/石墨锂离子电池为研究对象,通过无损和有损相结合的分析方法解析电池在典型工况条件下全生命周期内的老化失效机制,并且为后续研究工作中电池模型的构建提供了理论依据。研究结果表明,负极表面固体电解质界面（SEI）膜生成和生长引起的体系内活性锂离子损失以及由于正负极材料颗粒内部和表面的扩散诱导应力导致的颗粒开裂和破碎从而引起电极材料颗粒间的电接触失效是导致电池容量衰减的主要原因。此外,正极表面固体电解质界面（CEI）膜增厚、正极的过渡金属元素溶解也是导致电池老化失效的重要因素。在电池老化机制研究和扩展单粒子模型的基础上,在微观、介观和宏观尺度下,分析了扩散诱导应力对锂离子浓度分布的影响,通过双参数抛物线方程推导了固相表面嵌锂量的表达式,考虑了电极材料粒径不均一的特性,建立了多尺度非均相电化学-扩散诱导应力耦合模型。设计基于激励-响应分析的参数辨识工况,完成了模型参数的分步辨识,利用不同种类电池的实测数据对模型进行了验证,结果表明该模型有着良好的仿真精度,在对三元电池在1 C下的放电特性进行仿真时的平均绝对误差为14.6 m V。模型还能够模拟正负极材料颗粒内部的扩散诱导应力分布。对扩散诱导应力引起的材料表面裂纹扩展进行了分析,定量描述了SEI膜的生成和生长过程,建立了多尺度非均相多物理场耦合老化模型。通过参数辨识手段获取了模型参数,并利用三元电池的实测数据进行了模型验证,结果表明该模型能够在一定的电池工作时间范围内对其放电特性做出准确预测,利用三元电池在1 C下的一次测试数据对其循环400次后的放电特性进行仿真时的平均绝对误差为14.8 m V。基于模型对参数敏感性进行了分析,确定了参数的退化路径和失效边界,为电池失效分析、老化状态实时监测提供了模型基础,对工程应用有着重要意义。