在新能源产业快速发展的大背景下,锂离子电池的市场规模迅速扩大。然而繁荣背后,一方面由碰撞引发的电动汽车电池安全事故频繁见诸报道,另一方面车企为了续航里程的提升,困扰于如何提高电池系统能量密度。可无论是解决电池碰撞安全问题还是针对电池系统结构的优化,都亟待深入研究锂离子电池力学特性。本研究从电池的组分材料力学测试与标定着手,结合微观建模的手段分析其在真实电池内部的力学机理。再利用精细化的建模仿真方法探究了电池动态冲击工况下的力学响应特性,基于仿真进行电池材料参数优化,为电池安全设计提供工具和建议。首先,针对电池极片的金属箔集流体开展准静态和动态实验,关注材料的动态各向异性屈服与断裂行为。建立应变率相关的各向异性材料模型来标定金属箔的塑性力学响应与断裂特征。然后,面对隔膜和活性涂层的复杂力学行为,通过电子显微镜来观测力学实验过程中的形貌变化。基于其微观结构图像,利用微观重建技术对其进行数值模拟。仿真中很好地复现隔膜的变形过程和各向异性力学特征,并结合理论分析解释了变形后期透明化的现象与微观结构失稳间的关联。对于负极活性涂层,再现了其颗粒组成的微观结构特征,并结合有限元手段准确模拟了宏观层叠压缩实验的力学响应,建立了微观到宏观力学分析的联系。接下来,为了考虑电极的荷电状态相关性,建立了氩气保护下的新型实验方法,避免了带电电极受空气氧化作用的影响。实验发现了正极基本不受荷电状态影响,而负极屈服应力随荷电状态增大先变大后减小的特性。同时比对负极和集流体的测试结果,分析负极荷电状态效应的成因。另外,为了评估空气对带电电极影响,还研究了空气暴露时长对不同荷电状态电极的拉伸行为的改变。最终,通过建立精细化的有限元模型,实现了对准静态挤压和动态冲击工况下电池力学响应和变形历程的准确预测。结合实验和仿真的手段,对动静态下电池失效行为的差异进行分析,发现了失效后断裂形貌对电池内短路状态的影响。精细化有限元模型可作为研究冲击下电池安全性的手段,进行参数化分析,为电池安全设计提供建议与依据。