随着消费电子产品和电动汽车市场的高需求,软包锂离子电池的生产和应用呈爆炸式增长,锂离子电池安全问题的重要性也日益凸显。为了提高锂离子电池的安全性,需要对锂离子电池在机械载荷下的力学响应与失效变形进行深入研究。同时为了能够在产品开发阶段将电池置于产品中进行有效的CAE分析,也需要建立具有高计算效率和准确性的电池仿真模型。本研究以某款商用卷绕式软包方形锂离子电池为研究对象,采用模型开发-物理测试-数值模拟相结合的方法,开展锂离子电池精细化建模方法研究。确定的建模方法能够在产品开发阶段将电池置于产品中进行有效的CAE分析,从而加快产品的开发周期和降低产品开发成本,具有重要的工程意义和一定的学术价值。论文首先通过在实验室拆解测量的方式,详细剖析了卷绕式软包锂离子电池各个部件的尺寸,通过合理省略对于进行电池性能试验时可以拆除的小部件,最后建立出包括了铝塑膜、活性物质、集流器、隔膜、底黄胶等网格数量为22万,具有120层结构的电池精细化有限元模型,随后对120层模型进行合理的简化,分别简化为网格数量12万的60层结构的有限元模型,以及网格数量6万的30层结构的有限元模型,在保证电池结构特性的基础上达到对电池简化的极限情况。为了确保所开发电池模型的材料属性参数能准确表征实际电池性能,需要详细了解电池内部各层的微观材料特性,同时能够从微观层面更准确的认识锂离子电池的机制,本研究从微观尺度,对锂离子电池在微观组分中的阳极单元、阴极单元以及隔离膜进行了多轴球头挤压试验、单轴压缩试验以及单轴拉伸试验。测试结果用于表征每一层的机械性能并开发相关的计算模型,同时可以获取载荷-位移特性曲线以及各个微观单元失效的形式,研究结果对于开发锂离子电池的详细模型以及分析其内部短路机理有重要指导意义。本研究从宏观角度对单体电池进行了准静态条件下的三点弯曲试验、平面挤压试验以及局部球头挤压试验。试验结果用于对开发出的电池模型进行有效性验证,同时揭示锂离子电池在不同机械载荷下的力学响应,结合试验过程中的载荷-位移特性曲线,电压-位移特性曲线等,分析了单体电池在不同机械载荷条件下的力学响应特性、内部短路机理以及失效破坏的特点。从宏观角度得出了电池的本构模型,从微观失效角度分析了电池内部短路机理。并以力的突变点作为电池内部短路发生的标志,同时,宏观试验结果对于进一步了解锂离子电池内部分层结构的特点有很大推动作用。通过数值模拟的方法,应用建立的电池模型对电池实现了各种准静态加载工况下的仿真计算,基于简化模型和精细化模型的仿真结果与测试结果符合均较好,但简化模型效率提高90%以上,内存占有率减少了85%。论文工作对于将电池置于汽车中或电子数码设备中进行相关性能的整体仿真分析有实际的工程意义。论文的研究工作对于认识锂离子电池在挤压和弯曲载荷作用下的力学响应特性以及内部短路机理具有重要参考价值。通过试验方法获取电池材料特性参数所建立的新型简化锂离子电池模型对于锂离子电池安全性的研究和置于汽车等产品中进行整体仿真分析有重要的工程应用价值。