锂离子电池内部短路实验方法的比较
锂电池内部微短路控制方法
锂电池内部微短路控制方法1锂电池内部微短路成因分析2006年，锂电池巨头索尼公司的锂电池造成数起戴尔牌笔记本电脑爆炸起火，引起美、日官方的重視。
稍后，尽管采用了非常安全的A123磷酸铁锂电池，美国的丰田普锐斯混合动力汽车经第三方改装后在行驶时烧毁。
2011年，在杭州、上海及深圳都有新能源出租车及大巴烧毁事件。
显然，即使采用锂电池家族中最安全的磷酸铁锂体系，依然无法避免安全事故的发生。
从化学原理上进行分析，锂电池的安全性比汽油还差。
汽油储存在密闭的金属容器内，如果不同时发生泄漏（汽油和空气接触）和遇到明火（或者火星，引发作用）这两个条件，是非常安全的；而锂电池的能量则储存于一层薄薄的隔膜两侧，氧化剂（正极活性物质）、还原剂（负极活性物质）在发生内部短路（引发作用）的情况下，将同时发生剧烈的化学反应和电化学反应，急剧发热，并可能起火、燃烧、爆炸，对于有机溶剂体系的锂电池来说就更容易燃烧一些。
在锂电池的众多失效模式中，单体电池内部短路无疑危害最大，最难以预测和分析，没有办法通过外部控制电路来进行保护。
内部短路造成的高温、高阻、还很容易造成电池组的连锁反应。
目前广泛认为单体电池内部短路的原因可能有：1）吸附在隔膜表面或者单体电池壳体顶部、底部的粉尘。
制造环境、工艺控制不良的情况下，会形成大量的正/负极片粉尘和焊接引起的金属粉尘，并通过静电作用吸附在隔膜表面。
极片本身不够光滑，粉体粘结强度不够，本身也会造成这种问题。
2）卷绕/叠片时形成的正/负极片错位。
3）金属焊点、极片边缘有毛刺。
4）隔膜两侧形成锂枝晶，由于不均匀反应造成的局部电化学反应或过充电而形成锂枝晶。
5）电解液分布不均匀造成正/负极片利用率不一致。
6）材料本身的问题。
材料纯度不高、与电解液相容性不好、正极金属材料不耐高电压、负极金属材料与锂形成合金，都可能形成杂质沉积或锂枝晶。
7）外部因素。
外部机械力的作用导致单体电池壳体变形并进而导致隔膜移位、破损，外界温度过高导致隔膜过度收缩、破损，过充电、强制放电造成单体电池内部形成锂枝晶，都可能造成内部短路。
锂离子电池内部短路检测方法及检测判据设置,验证方法
一、引言锂离子电池作为目前电动汽车和移动设备中最常用的电池类型，其内部短路的检测方法和判据设置以及验证方法变得尤为重要。
因为内部短路是锂离子电池容易发生的安全隐患之一，一旦发生内部短路，有可能导致电池过热甚至爆炸，对人身和财产造成极大的危害。
本文将重点围绕锂离子电池内部短路检测方法及检测判据设置、验证方法展开探讨。
二、锂离子电池内部短路的检测方法1. 电压法锂离子电池内部短路的检测方法之一是电压法，这是一种常用的检测方法。
该方法利用电池内部短路后，短路处电荷传输路径的突变，导致器件之间的电压失衡，从而可以通过监测电池端子的电压来判断是否存在内部短路。
2. 温度法温度法是另一种用于检测锂离子电池内部短路的方法。
内部短路会使得电池局部温度升高，通过监测电池表面或内部的温度变化，可以对电池是否存在内部短路进行判断。
3. 等效电路法等效电路法是一种比较先进的内部短路检测方法，它通过对锂离子电池建立等效电路模型，分析电路参数的变化，来判断是否存在内部短路。
这种方法需要在电池管理系统中进行复杂的算法处理，但可以提供更精准的内部短路检测结果。
三、锂离子电池内部短路的检测判据设置1. 电压突变电压突变是判断锂离子电池内部短路的重要判据之一。
当电池内部出现短路时，电池端子之间的电压会迅速发生变化，可以通过设定电压突变的阈值来进行内部短路的判定。
2. 温升速率温升速率也是判断内部短路的重要指标之一。
内部短路会导致电池局部温度迅速升高，设定合理的温升速率阈值，可以对内部短路进行及时准确的判断。
3. 等效电路参数变化对于等效电路法进行内部短路检测的情况，需要设定好电路参数变化的阈值，以便及时发现内部短路并进行判断。
四、锂离子电池内部短路的验证方法1. 循环充放电测试循环充放电测试是一种常用的锂离子电池内部短路验证方法。
通过对电池进行多次充放电循环，观察电池的性能变化，可以对内部短路进行验证。
2. 电化学阻抗谱分析电化学阻抗谱分析是一种高精度的内部短路验证方法，它可以通过对电池进行交流电信号的响应分析，来判断电池内部是否存在短路。
锂离子电池内外部短路的原因和结果
锂离子电池内外部短路的原因和结果1. 引言锂离子电池被广泛应用于移动电子设备、电动车和储能系统等领域。
然而，由于锂离子电池内外部的短路问题可能导致严重后果，因此研究锂离子电池内外部短路的原因和结果具有重要意义。
本文将对锂离子电池内外部短路的原因和结果进行全面详细且深入的分析。
2. 锂离子电池内部短路原因锂离子电池内部短路是由于正负极之间发生直接的电极材料接触或辅助电解质的泄漏等问题引起的。
以下是一些导致锂离子电池内部短路的常见原因：2.1. 电解质液泄漏锂离子电池的电解质液起到导电和离子传输的作用，但如果电解质液泄漏，它可能会导致正负极电极直接接触，从而形成内部短路。
2.2. 极片碎片在锂离子电池的正负极中，有时会出现极片损坏或分离的情况。
这些碎片可能会掉落到电池中间的隔膜上，导致正负极短路。
2.3. 导电偏移导电偏移是指正负极之间的导电剂在充放电过程中因为机械应力或电化学反应的原因移动到隔膜或电解质液中，导致正负极短路。
2.4. 温度异常当锂离子电池处于高温环境中时，电解质液可能会膨胀和泄漏，进而导致正负极之间短路。
3. 锂离子电池内部短路结果锂离子电池内部短路会带来严重的后果，主要包括以下几个方面：3.1. 容量损失在锂离子电池内部短路的情况下，电解质液泄漏或极片碎片可能会导致正负极之间的直接接触，从而缩短了电池的使用寿命，导致电池容量的显著损失。
3.2. 电池过热内部短路会导致锂离子电池内部电池的电流急剧增加，从而产生热量。
这可能会引发电池过热，甚至导致电池燃烧、爆炸等严重事故。
3.3. 功能失效如果锂离子电池内部发生短路，电池可能无法正常工作，电池的供电能力会下降，甚至完全失效。
4. 锂离子电池外部短路原因锂离子电池外部短路是指正负极之间或与外部回路之间发生直接接触，导致短路。
以下是一些导致锂离子电池外部短路的常见原因：4.1. 外部金属物体碰撞锂离子电池在使用过程中可能会被外部金属物体误碰或压迫，从而导致电池的正负极发生直接短路。
锂枝晶导致的锂离子电池内短路模拟研究
102
火灾科学 FIRESAFETYSCIENCE
第28卷第2期
出了内短路分为四种形式。Fang等[12]用三维电化 学-热模型研究了1Ah锂离子电池的内短路。Zhao 等[5]使用三维电化学-热耦合模型研究了短路电阻、 刺针直径、刺针导热系数和电池容量等因素对电池 针刺过程中电池电热响应的影响。Xu等[13]使用一 维电化学-三维热耦合模型研究了圆柱状电池的内 短路特性,对比了单点内短路和多点内短路下电池 响应的区别。
基于商用镍钴锰三元(Li(NixCoyMnz)O2)/石 墨锂离子电池,构建锂离子电池物理模型。三维电 化学-热耦合模型采用一个五层电极单元(包括正极 集流体、正极、隔膜、负极和负极集流体)作为模拟对 象,使用金属锂作为诱发电池内部短路的锂枝晶材 料。研究了锂枝晶半径、锂枝晶数量以及锂枝晶中 心距的影响,所有工况中锂枝晶的高度均为隔膜厚 度,研究锂枝晶中心距的影响时保持锂枝晶半径为 150μm 不变,而通过改变两个锂枝晶之间的距离研 究其与单个锂枝晶造成的内短路的区别。模拟工况 和各工况总短路电阻如表1所示,其中两种工况对 应的模型几何设置、计算网格划分以及内短路部分 如图1所示,其中内短路部分选取单锂枝晶短路工 况下的短路点附近区域作为示意。
1 数值模拟
本研 究 采 用 多 物 理 场 软 件 COMSOL Mul-
tiphysics对锂 枝 晶 导 致 的 锂 离 子 电 池 内 短 路 过 程 进行模拟,采用有限元的数值求解方法,通过耦合软 件中电池与燃料电池模块下的锂离子电池接口和热 传导模块下的固体传热接口,使用数值模拟的方法 模拟内短路过程。 1.1 物理模型构建
(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026)
摘要:锂离子电池内短路是导致其热失控的主要原因之一,机械撞击、集流体边缘毛刺和锂枝晶生长等都可刺穿隔
锂离子电池内部短路实验方法的比较
作者简介:魏洪兵(1980-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:锂离子电池安全检测,本文联系人;宋 杨(1977-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局副主任,研究方向:电池检测;王彩娟(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测;赵 永(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测。
锂离子电池内部短路实验方法的比较魏洪兵,宋 杨,王彩娟,赵 永(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200)摘要:总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、NASA 方法和棒挤压实验。
对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析。
关键词:锂离子电池; 内部短路; 安全性中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2009)05-0294-02The comparison of Li 2ion battery internal short circuit test methodsWEI Hong 2bing ,SON G Yang ,WAN G Cai 2juan ,ZHAO Y ong(W ujiang Ent ry 2Exit Inspection and Quarantine B ureau of the People ’s Republic of China ,W ujiang ,Jiangsu 215200,China )Abstract :The test methods to simulate internal short circuit test of Li 2ion battery such as nail test ,crushing test ,impact test ,forced internal short circuit ,blunt nail test ,NASA method and rod crushing test were summarized 1The action mechanisms of the test methods and test results of the simulation of internal short circuit were analyzed 1K ey w ords :Li 2ion battery ; internal short circuit ; safety 锂离子电池的安全性与许多因素有关,如材料的性能、电池的设计、电池的组装及电池的管理与使用条件等。
锂电池安全问题研究：内短路模型
锂电池安全问题研究：内短路模型背景和目的由于内短路造成的热失控是锂离子电池主要的安全问题，其他的安全问题可能用电化学或者机械方法控制。
电池最初的潜在缺陷可能不太好控制，比如以下因素导致最终的严重内短路，包括隔膜的破损，金属溶解和沉积，金属杂质残余等。
锂离子电池系统内短路的热行为基于非常复杂的因素，例如短路性质，容量，电池电化学特性，电气和热力学设计，系统负载等。
电池内短路是多物理场，3维方面的问题，与之相关是电池的电化学，热系统，热滥用反应动力学等。
通过模拟实验能够理解电化学反应，热的释放，热反应的传播，以及从工艺技术解决的对策。
研究方法通过做3D物理场模拟研究来描述内短路和短路随时间的变化，进而扩展理解NERL 的电化学，热电，滥用反应动力学模型(如下图所示)。
多物理场模型仿真证明了在短路事件中加热模型是基于短路性质，电池特性(如容量和倍率性能)的。
图1 不同的反应热类型1.短路的反应热=电池放电的热+短路点的焦耳热2.电池尺寸和短路电阻大小的影响图2 不同种类的短路电阻对电池热失控的影响图3如上图3所示研究结果可以看出：1.短路点的焦耳热以铝箔和负极LiC6和C6接触能量最大，极易起火和爆炸；正负极铜铝箔接触或者活性物质的接触几乎不会造成起火爆炸。
2.电池放电的热热量以正负极铜铝箔的直接接触最大，铝箔和负极粉料接触最小3.短路电阻大于5Ω的情况下不会出现热失控20Ah叠片电池不同情况下的短路研究图4第一种情况：铝铜集流体之间的短路短路区域的面积：1mm*1mm短路电阻10mΩ，短路电流300A，≈15C倍率可能的存在的短路因素：金属异物刺穿隔膜和电极，负极极片位移铜铝箔接触图5从图5，6我们可以看出：1.短路点产生的焦耳热集中在一点上释放，能够观察到局部温升2.铝极耳的温度接近其熔点(大约600℃)3.短路之后10s时，电池表面温升在200-300℃，短路点局部达到了700-800℃图6 反应热的传播第二种情况：正负极材料之间的短路短路面积：1mm*1mm短路电阻~ 20 Ω短路电流~ 0.16 A (< 0.01 C-rate)可能存在的短路因素：隔膜穿孔，隔膜在电化学条件下损耗图7 短路点附近的电流密度和电势分布从上图8我们可以看出：正极电位降低，电子几乎通过集流体传导，短路电流穿过了活性物质涂层。
磷酸铁锂 过充 过放 短路试验 使用
磷酸铁锂过充过放短路试验使用磷酸铁锂（简称LFP）电池作为一种新型的锂离子电池，在电动汽车、储能等领域有着广泛的应用前景。
然而，随着电动汽车的普及和需求的增加，LFP电池的安全性问题备受关注，其中包括过充、过放和短路等试验。
本文将从简单到深入，系统地介绍磷酸铁锂电池的安全性问题，包括其在过充、过放和短路试验中的表现以及相关的影响因素。
1. 简介磷酸铁锂电池是一种新型的锂离子电池，具有高安全性、高能量密度和长循环寿命的特点，因此在电动汽车领域备受青睐。
然而，由于其化学本质和结构特点，磷酸铁锂电池在过充、过放和短路等异常工况下仍然存在一定的安全隐患。
2. 过充试验当磷酸铁锂电池受到过充时，电池内部将发生极化反应，导致电池内部温度升高，甚至发生热失控，从而引发火灾或爆炸。
针对不同的过充条件，磷酸铁锂电池在电压、温度和电流等方面表现各异，需要针对性地进行安全设计和控制。
3. 过放试验相对于过充试验，过放试验同样会对磷酸铁锂电池的安全性造成一定的影响。
当电池处于过放状态时，会增加电池内部的活性位点，导致电池容量的减少、内阻的增加，甚至会引发电池的短路和热失控现象。
对于磷酸铁锂电池的过放特性需要进行深入的研究和测试。
4. 短路试验短路是电池安全性测试中的重要一环，也是最为危险的一种异常工况。
当磷酸铁锂电池发生短路时，电池内部会产生大量的热量，导致电池发生热失控并燃烧。
对于磷酸铁锂电池的短路特性和安全防护措施需要特别重视。
总结回顾磷酸铁锂电池在过充、过放和短路试验中表现出不同的安全隐患，需要进行深入的研究和测试。
在实际应用中，需要合理设计和严格控制电池的工作条件，确保电池的安全性和可靠性。
对于磷酸铁锂电池的安全性评估和测试仍然是一个值得探讨的领域，需要不断进行深入研究和实践。
个人观点和理解作为一种新型的锂离子电池，磷酸铁锂电池在安全性方面的特点和表现仍然需要进一步探讨和研究。
在未来的发展中，我认为可以通过多方面的方法，包括材料优化、结构设计和智能控制等手段，来提高磷酸铁锂电池在过充、过放和短路等异常工况下的安全性，进一步推动电池技术的发展和应用。
锂离子动力电池内短路检测方法[发明专利]
![锂离子动力电池内短路检测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/97468729fe00bed5b9f3f90f76c66137ee064f80.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710253246.3(22)申请日 2017.04.18(71)申请人 宁德时代新能源科技股份有限公司地址 352106 福建省宁德市漳湾镇新港路1号申请人 清华大学(72)发明人 潘岳 冯旭宁 卢兰光 欧阳明高 李世超 卢艳华 (74)专利代理机构 北京华进京联知识产权代理有限公司 11606代理人 王程(51)Int.Cl.G01R 31/02(2006.01)(54)发明名称锂离子动力电池内短路检测方法(57)摘要本发明提供了一种锂离子动力电池内短路检测方法，包括如下步骤：在电池模组中的内短路实验单体的内短路实验时间内，获取电池模组的各个锂离子动力电池单体的工作参数；根据电池模组内所有锂离子动力电池单体的工作参数和查表函数计算获得第一故障位；根据电池模组的各个锂离子动力电池的工作参数中的单体电压获得第二故障位；根据电池模组的各个锂离子动力电池的工作参数中的单体温度获得第三故障位；根据第一故障位、第二故障位和第三故障位计算获得总故障位，当总故障位大于或等于预设故障位阈值时，则判定内短路实验单体发生内短路。
本发明的锂离子动力电池内短路检测方法，提高了锂离子动力电池内短路检测的检测精度。
权利要求书3页 说明书12页 附图8页CN 107192914 A 2017.09.22C N 107192914A1.一种锂离子动力电池内短路检测方法，其特征在于，包括如下步骤：对选定的锂离子动力电池单体进行性能测试，获得电池性能参数，并根据所述电池性能参数建立查表函数；将多个选定的所述锂离子动力电池单体形成电池模组，并将所述电池模组的其中一个所述锂离子动力电池单体作为内短路实验单体，在所述内短路实验单体的内短路实验时间内，获取所述电池模组的各个所述锂离子动力电池单体的工作参数；根据所述电池模组内所有所述锂离子动力电池单体的工作参数和所述查表函数计算获得平均荷电状态估计值以及最低荷电状态估计值，根据所述平均荷电状态估计值与所述最低荷电状态估计值获得第一故障位；根据所述电池模组的各个所述锂离子动力电池的工作参数中的单体电压获得所述电池模组中多个锂离子动力电池单体的单体电压平均值和单体电压最小值，根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值获得第二故障位；根据所述电池模组的各个所述锂离子动力电池的工作参数中的单体温度获得所述电池模组中多个锂离子动力电池单体的单体温度最大值和电池温度平均值，根据所述单体温度最大值和所述单体温度平均值获得第三故障位；根据所述第一故障位、所述第二故障位和所述第三故障位计算获得总故障位，当所述总故障位大于或等于预设故障位阈值时，则判定所述内短路实验单体发生内短路。
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作者简介:魏洪兵(1980-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:锂离子电池安全检测,本文联系人;宋 杨(1977-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局副主任,研究方向:电池检测;王彩娟(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测;赵 永(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测。
锂离子电池内部短路实验方法的比较魏洪兵,宋 杨,王彩娟,赵 永(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200)摘要:总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、NASA 方法和棒挤压实验。
对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析。
关键词:锂离子电池; 内部短路; 安全性中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2009)05-0294-02The comparison of Li 2ion battery internal short circuit test methodsWEI Hong 2bing ,SON G Yang ,WAN G Cai 2juan ,ZHAO Y ong(W ujiang Ent ry 2Exit Inspection and Quarantine B ureau of the People ’s Republic of China ,W ujiang ,Jiangsu 215200,China )Abstract :The test methods to simulate internal short circuit test of Li 2ion battery such as nail test ,crushing test ,impact test ,forced internal short circuit ,blunt nail test ,NASA method and rod crushing test were summarized 1The action mechanisms of the test methods and test results of the simulation of internal short circuit were analyzed 1K ey w ords :Li 2ion battery ; internal short circuit ; safety 锂离子电池的安全性与许多因素有关,如材料的性能、电池的设计、电池的组装及电池的管理与使用条件等。
在评价锂离子电池的安全性能时,内部短路实验是一种有效的方法。
电池发生内部短路时,一股极高的电流通过短路位置并产生大量的热,由此可能在电池内部产生热失控现象,甚至起火或爆炸。
通过预测性实验和检测方法来评价内部短路性能,是锂离子电池检测的重要方面[1-2]。
本文作者研究了国际电工委员会(IEC )、美国电气和电子工程师协会(IEEE )、日本电池协会(BAJ )、美国保险商实验所(UL )和美国国家航空和宇宙航行局(NASA )等组织制定的模拟内部短路检测方法,分析了各方法的优缺点。
1 实验方法在锂离子电池检测方法中,模拟内部短路的相关方法及标准号或制定机构见表1。
111 针刺实验[3]针刺实验是将一枚钢针以一定的速率穿过电池。
表1 模拟内部短路的实验方法T able 1 The test methods to simulate internal short circuit实验方法标准号或制定机构针刺实验G JB 4477:2002[3]重物撞击实验ST/SG/AC 110/11/REV 143813[4]UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6]挤压实验IEC 62133:2002[7]UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6]强制内部短路实验J IS C8714:2007[8]钝针实验[9]UL NASA 方法[10]NASA 棒挤压实验[9]UL 2054:2005[6]112 重物撞击实验[4-6]将电池放平,把直径为1518mm 的铁棒横放在电池中心,将质量为911kg 的物体从(61±215)cm 的高度跌落到电池上。
第39卷 第5期2009年 10月电 池BA TTER Y BIMON THL Y Vol 139,No 15Oct 1,2009113 挤压实验[7]电池在两个平面之间进行挤压。
通过一个直径为32 mm(1125英寸)的液压活塞持续挤压,直至压强达到1712 MPa,施加的压力为13kN,当达到最大压力后泄压。
114 强制内部短路实验[8]在环境温度为(20±5)℃、露点温度≤-25℃的条件下,将充满电的电池单体拆解后,从电池壳内取出卷绕芯。
将一个L型(长110mm,宽011mm,高012mm)的金属镍片放置在隔膜的外侧,卷绕芯在最高实验温度和最低实验温度下储存(45±15)min后,进行挤压实验。
115 钝针实验[9]用一根前端较钝的钢针以一定的速率挤压电池表面,使电池发生内部短路。
116 NASA方法[10]该方法类似于钝针实验,区别在于挤压棒的前端是绝缘材料,通过超声振动使电池发生内部短路。
117 棒挤压实验[9]将钝针换成金属棒,通过挤压使电池发生内部短路。
2 方法讨论C1H1Doh等[11]对LiCoO2锂离子电池进行了针刺和重物撞击实验。
针刺实验中,电池在针刺入的前期温度迅速升高到400℃,电压降为0V;随着针刺的深入,温度逐渐降低,电压仍为0V。
钢针刺入的位置生成的热量远大于电池表面散出的热量,在局部产生一个热点,出现热失控。
钢针刺入的速率也会影响实验结果:速率较快时,电池被迅速短路,现象类似于电池的外部短路,热失控首先出现在电池内部,热量主要由正极材料分解产生;若速率较慢,热失控首先出现在电池外部,热量主要是由较大的电流通过钢针产生,随后又激活了正极材料的分解反应。
在重物撞击实验中,撞击后电池的温度上升到150℃,随后逐渐降低。
重物撞击在垂直放置于电池表面的铁棒上,电池内部由于受到外力的作用而变形,内部隔膜挤压破裂,导致内部短路,一股较大的放电电流通过电池的正负极。
在此过程中,电池发生的是多层内部短路。
对方形电池,尤其是比较薄的电池进行实验时,由于重锤的撞击,有可能导致电池断裂成两半,电池内含有电解液的正负极直接暴露在空气中,这时电池内部的短路和其他反应导致电池温度上升。
此外,在实验过程中,撞击后的电池释放出的有害气体,对环境的影响较大。
分析针刺实验和重物撞击实验的结果可知,同种型号的电池、同样的荷电状态,得到的结果相差很大,电池发生内部短路的机理是不同的。
挤压实验使电池发生了多层内部短路。
内部短路是在电极的局部点形成的;短路不均一地分布在电极表面。
电池内部由于过电位的损失而升温,随后激活了负极与电解液之间的反应,进一步引起正极材料的分解,在电池内部产生热失控现象。
S1I1Tobishima等[12]在对充满电的电池进行挤压实验时,电池甚至会起火。
强制内部短路实验的优点是能控制内部短路的位置,可得到单层的内部短路情况;缺点是要在特殊的检测装置内进行实验,实验会产生有害的烟雾,样品的制备(包括电芯的拆解、镍片的放置及卷绕芯的重新卷绕)都需要一定的技术。
在实验中,镍片的放置位置仅规定在正、负极之间和正极集流体与负极活性材料之间,可模拟电池的单层内部短路,但内部短路不仅仅发生在这两个位置。
如果电池的隔膜强度足够大,在挤压过程中,镍片可能先刺穿正极活性材料和隔膜,从而产生正极集流体(铝箔)与负极活性材料的短路。
钝针实验,在实验过程中对电池的形状改变较小,还可以重复实验,但不能精确地控制短路的位置。
因为钝针是在外部挤压电池,电池的短路机理很难确定。
此外,在控制电池的内部单层短路或多层短路时,需要使用精确的仪器。
NASA方法是将金属屑放置在电池内部,然后将超声波施加于电池上,使电池发生内部短路[10]。
该方法产生的内部短路主要受振动参数的影响。
3 小结通过以上分析可知,各种实验方法对模拟电池内部短路、评价电池安全性都有一定的合理性和必要性。
内部短路是最普遍报道的安全问题,对相关机理的理解是很重要的。
内部短路机理涉及的参数很广:材料化学、电池的容量、短路的本质和区域及在短路时刻的操作条件。
为提高锂离子电池的安全性能,可在深刻理解上述因素的基础上,设计合理的实验方法,模拟内部短路行为。
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