锂离子电池发生内部短路该怎么办？
来源：宝鄂实业
2019-10-27 16:03
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内部短路是锂离子电池最严重的安全事故。锂离子电池一旦发生内部短路，在短路点附近的短时间内会产生大量的热量，这将导致连锁反应，最终导致锂离子电池热控制的丢失。机械损伤试验是检测锂离子电池内部短路安全性的有效方法。
桑迪亚国家实验室在美国JoshuaLamb(第一作者和通讯作者)的方法生硬的细杆挤压导致锂离子电池内部短路,这种方法只会引起电极短路电池的外层,而不会造成严重破坏锂离子电池,研究发现，圆柱形的锂离子电池中间支撑钢筋对锂离子电池的短路行为有重要影响。
常规针刺试验在很短的时间内通过多个电极,造成大面积的短路,而传统的挤压测试可以引起局部短路,但会造成巨大破坏锂离子电池的结构,所以这两个传统内部短路模拟方法可以很好的减少行为的锂离子电池短路。这里作者采用美国保险协会和美国宇航局共同开发一个生硬的细杆挤压方法对于锂离子电池测试,这种方法可使锂离子电池内部发生短路,但不会造成严重损害的锂离子电池,也能更好地模拟锂离子电池短路的情况。
在实验中，笔者使用了三种电池，一种来自LG ICR18650 S3电池，容量为2200mAh，一种来自松下CGR18650CG电池，容量为2200mAh，一种来自AA移动电源公司，容量为3000mAh。两个18650电池的CT扫描结构如下图所示。它们之间的主要区别可以从图中看出，在18650电池的中间有一个钢芯，它支撑着电池。
实验中使用的钝细杆的结构如下图所示。细杆直径3mm，挤出速度2mm/min，直至电池电压下降100mV，挤出停止。挤出方向分别设定为水平挤出和垂直挤出。
下面是18650年LG的垂直方向挤压测试电池,可以看到的图片开始挤压不显著影响电池的电压和温度,直到挤出的深度为10.7毫米,硬突然短路电池,电池电压突然降低,电池温度急剧上升,达到470℃,电池热失控,CT扫描发现在电池铝颗粒的存在,表明热失控电池内部温度超过660℃。
如果我们改变方向的挤压从垂直方向到水平方向(如下图所示),我们可以发现,当挤压量是5.4毫米,电池突然硬短路,电池温度继续上升,达到455℃,电池失去热控制。
LG挤压测试电池的作者还发现少数(< 25%)的电池是不能直接硬短路发生,但软短路(如下图所示),当挤压量5.7毫米时,突然降至约1.6 V的电池电压、电池的最高温度达到95℃,但当挤压后移除电池电压,回到3.1 V,表明短路点的阻抗较大,从CT扫描的同时,我们可以看到电池中心没有支架，所以电池发生了严重的变形，所以它可以吸收一部分的挤压，从而避免了电池的硬短路。
低于18650年松下电池在水平方向挤压测试结果,从这幅图中看到电池挤压量达到4.1毫米发生突然短路,电池很快降低到0,电池温度上升很快,600℃,150℃高于LG电池,主要是因为18650年松下电池采用LiCoO2材料的热稳定性差,LG电池使用混合金属氧化物材料(具体未知成分)。松下电池的短路变形相对较小，主要是由于电池中心的钢芯的存在，限制了电极向内坍塌，所以较小的变形会导致电池短路。
