Investigation on Battery Swelling : Understanding Pad Degradation through Mechanical and Thermal Insights for Enhanced Prediction Modeling

Batterimattan är en avgörande komponent i litiumjonbatterimoduler och spelar en viktig roll i att absorbera stress från batterisvullnad och förhindra termisk rusning. Dessutom är dess mekaniska egenskaper väsentliga för att förutsäga svullnadskraften. Emellertid har ingen tidigare studie undersökt de mekaniska och termiska egenskaperna hos mattor som utsatts för cyklisk belastning och förhöjda temperaturer. Denna studie adresserar denna lucka genom att undersöka effekterna av antalet cykler och temperaturvariationer på mattans egenskaper baserat på svullnadskrafttester. Den resulterande spännings-töjningskurvan används sedan för att vidareutveckla en befintlig modell för förutsägelse av svullnadskraft. Resultaten visar att antalet cykler minskar töjningsenergitätheten och tangentmodulen hos silikonfoam-mattor, medan temperaturen endast påverkar tangentmodulen i det elastiska området. Dessutom förblir den termiska ledningsförmågan opåverkad av mekanisk och termisk belastning. Modellen som integrerar en degraderad matta visar större robusthet i att förutsäga svullnadskraften över alla laddningstillstånd (SOC) jämfört med modellen som enbart förlitar sig på en ny matta.
The battery pad is a crucial component of Li-ion battery modules, playing an important role in absorbing stress from battery swelling and preventing thermal runaway. Moreover, its mechanical properties are vital for predicting the swelling force. However, no prior study has investigated the mechanical and thermal properties of pads subjected to cyclic loading and elevated temperatures. This study addresses this gap by investigating the effects of the number of cycles and temperature variations on the pad's properties based on swelling force tests. The resulting stress-strain curve is then used to further develop an existing swelling force prediction model. The findings indicate that the number of cycles decreases the strain energy density and the tangent modulus of silicone foam pads, while temperature only affects the tangent modulus in the elastic region. Additionally, thermal conductivity remains unaffected by mechanical and thermal loading. The model integrating a degraded pad demonstrates greater robustness in predicting swelling force across all states of charge (SOC) compared to the model relying solely on a fresh pad.