針對(duì)鋰離子電池在實(shí)際使用中可能遇到安全風(fēng)險(xiǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了擠壓、針刺、短路、過(guò)充和過(guò)放、高低溫等安全性測(cè)試。在眾多的安全性測(cè)試中，模擬鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路和外短路的擠壓、針刺和外短路測(cè)試是最為常規(guī)，也是最難通過(guò)的安全性測(cè)試。究其原因，主要還是因?yàn)檫@兩種安全性測(cè)試中瞬時(shí)電流過(guò)大，由于歐姆阻抗等因素使得鋰離子電池內(nèi)部段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，受到鋰離子電池結(jié)構(gòu)的限制，這些熱量無(wú)法快速擴(kuò)散到電池外部，導(dǎo)致鋰離子電池溫度過(guò)高，從而引發(fā)活性物質(zhì)和電解液的分解燃燒，導(dǎo)致熱失控。

 

以電動(dòng)汽車上常見(jiàn)的方形電池為例，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，在電池各個(gè)部分產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散的速度是不一樣的，因此會(huì)在電池的平面方向和厚度方向上產(chǎn)生明顯的溫度梯度，特別是在大電流時(shí)，由于電池內(nèi)部，特別是電芯中間位置產(chǎn)生的熱量無(wú)法很好的擴(kuò)散出去，因此電芯內(nèi)部的溫度會(huì)急劇的升高【1】，從而引發(fā)安全性問(wèn)題。

 

 

在擠壓測(cè)試中，隨著電池變形程度的增加，正負(fù)極集流體會(huì)首先被撕裂，并沿著45度失效線發(fā)生滑移，活性物質(zhì)也會(huì)進(jìn)入到45度失效線內(nèi)，隨著隔膜變形程度的不斷增加，隔膜最終達(dá)到失效點(diǎn)，引起正負(fù)極短路的發(fā)生【2】，擠壓造成的正負(fù)極短路主要是以點(diǎn)狀短路為主【3】，因此會(huì)在短路點(diǎn)產(chǎn)生非常大的電流，熱量集中釋放，引起短路點(diǎn)的溫度急劇上升，因此很容易引發(fā)熱失控。

 

 

針刺實(shí)驗(yàn)也是用于模擬鋰離子電池內(nèi)短路的一種方法，其基本原理是利用一根金屬針，以一定的速度緩慢的插入到鋰離子電池的內(nèi)部，從而引起鋰離子電池內(nèi)部短路，此時(shí)整個(gè)鋰離子電池的電量都在通過(guò)短路點(diǎn)進(jìn)行釋放，相關(guān)研究顯示在內(nèi)短路發(fā)生時(shí)，最多會(huì)有70%左右的能量在60s內(nèi)通過(guò)短路點(diǎn)釋放【4】，這部分熱量最終都轉(zhuǎn)換為熱能，由于生成的熱量無(wú)法及時(shí)的擴(kuò)散，從而使的短路點(diǎn)瞬間的溫度可達(dá)到1000 ℃以上，從而引發(fā)熱失控【5】。

 

 

相比于上述的擠壓和針刺實(shí)驗(yàn)，外短路測(cè)試則顯得先對(duì)比較溫和。外短路測(cè)試是將鋰離子電池連接一個(gè)定值電阻上，鋰離子電池的電量通過(guò)電阻進(jìn)行釋放。根據(jù)定值電阻的大小可以控制短路電流的大小，從數(shù)十安到數(shù)百安，甚至是數(shù)千安，由于大電流會(huì)在鋰離子電池內(nèi)短時(shí)間內(nèi)積累大量的熱量，可能會(huì)引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э亍?/div>