電池短路測(cè)試及其防護(hù)措施

針對(duì)電池在實(shí)際使用中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，在擠壓、針刺、短路、過(guò)充和過(guò)放、高低溫等眾多可靠性測(cè)試中，模擬電池發(fā)生內(nèi)短路和外短路的擠壓、針刺和外短路測(cè)試是極常見(jiàn)的，也是非常難通過(guò)的可靠性測(cè)試。

究其原因，主要還是因?yàn)檫@兩種可靠性測(cè)試中瞬時(shí)電流過(guò)大，導(dǎo)致電池溫度過(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。

以常見(jiàn)的方形電池為例，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，電池各個(gè)部分產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散的速度是不一樣的，因此在電池平面方向和厚度方向上產(chǎn)生明顯的溫度梯度。特別是大電流時(shí)，電芯產(chǎn)生的熱量無(wú)法很好擴(kuò)散溫度會(huì)急劇的升高，從而引發(fā)安Q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，隨后活性物質(zhì)進(jìn)入失效線內(nèi)，隨著變形程度的不斷增加然后失效，引起正負(fù)極短路產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，熱量集中釋放溫度急劇上升，引發(fā)熱失控。

針刺試驗(yàn)也是用于模擬鋰離子電池內(nèi)短路的一種方法，基本原理是利用一根金屬針以一定的速度緩慢的插入電池內(nèi)部，引起電池內(nèi)部短路。上限會(huì)有70%左右的能量在60s內(nèi)通過(guò)短路點(diǎn)釋放，由于熱量無(wú)法及時(shí)的擴(kuò)散，短路點(diǎn)瞬間溫度可達(dá)到1000℃以上，從而引發(fā)熱失控。

相較于擠壓和針刺試驗(yàn)，外短路測(cè)試則比較溫和。外短路測(cè)試是將電池連接一個(gè)定值電阻，電量通過(guò)電阻進(jìn)行釋放。能否通過(guò)短路測(cè)試主要受短路電流大小的影響，電流越大，則電池?zé)崃慨a(chǎn)生的速度越快。電池?zé)崃繑U(kuò)散速度不會(huì)有太大的變化，電池內(nèi)部積累熱量越多溫度就越高，引發(fā)熱失控幾率就越大。

影響電池短路電流的主要因素是電阻阻值，其次還受電池內(nèi)阻和荷電狀態(tài)等因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，影響短路測(cè)試結(jié)果的主要因素是電阻阻值和電池內(nèi)阻的比例，比電池內(nèi)阻和電池荷電狀態(tài)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響還要大。當(dāng)短路電阻的阻值與電池越接近，就越容易發(fā)生熱失控，只有當(dāng)短路電阻的阻值是鋰離子電池內(nèi)阻的9-12倍以上時(shí)，電池才能通過(guò)短路安Q全測(cè)試。