淺談鋰電池內短路模擬？

動力電池在使用過程中安全性是我們首先要考慮的，因此在動力電池的考核指標中我們也設立了比較嚴格的安全性考核制度，例如擠壓、針刺、過充、過放和短路等，分別模擬實際使用中鋰電池遇到的濫用的情況。在所有的安全性問題中，有一種最難模擬——內短路。顧名思義，內短路指的是由于鋰電池設計或者制造缺陷，導致的電池內存在多余物，或者鋰枝晶等，導致隔膜破壞，在該處發生正負極之間短路，這是最危險的情況，因為此時整個電池的能量都在通過這個短路點釋放（最多70%左右的能量會在60s內釋放），因此瞬間此處的溫度迅速升高，繼而引發正負極活性物質、電解液等分析，引起鋰電池熱失控。

由于短路發生在鋰電池的內部，因此很難通過外部作用模擬內短路對電池造成的破壞，例如常見的針刺試驗，在針刺入的過程中，先是在一個點處發生短路，但是隨著針插入到電池的內部，此時電池內多處同時發生短路，使的電流密度大大降低，此外針也會帶走一部分短路萌生的熱量，因此相比于內短路，針刺探測簡直是太溫和了。

擠壓探測過程中，隨著電池變形量的增大，隔膜發活力械失效，引起電池內部短路，但是擠壓造成的短路點一般具有較大的面積，或者多個點同時發生短路，因此相比于內短路，擠壓探測造成的短路電流也極大的下降，因此擠壓探測也不能完美的模擬鋰電池內短路。

可見常見的安全探測辦法并不能很好的模擬鋰電池發生內短路的情形，或者說考核標準不夠嚴格。無論是加工過程中引入的多余物，還是使用過程中生成的鋰枝晶，從本質來講，鋰電池內短路都是由電芯內部的多余物（特別是導電多余物）造成的。據此日本電池協會提出了一中模擬鋰電池內短路的辦法，將電芯取出后，在電芯的內部放入一小塊金屬塊，然后再放入到電池殼內，最后該電池被放入到擠壓設備上，對電池進行施壓，直到電池發生內短路。該辦法能夠較為準確的模擬鋰電池發生內短路的情形，但是由于該辦法需要將電池拆開，因此實際加工中很少采用該辦法對電池進行評估。

其他一些能夠模擬鋰電池內短路的辦法，大多數也都需要在電池內部引入多余物，例如桑迪亞國家試驗室在電芯內引入Wood’s 金屬（該金屬熔點僅為70攝氏度）多余物，美國可再生能源國家試驗室NREL則通過在電芯內引入相變材料來模擬鋰電池內短路，總的來說這些辦法都需要打開電池，引入多余物，因此在實際使用中都缺少可操作性。

為知道決實用性的問題，美國橡樹嶺國家試驗室的Wei Cai等傳統的擠壓探測參數進行了優化，使之能夠在鋰電池內部的兩個電極之間萌生一個直徑為1-2mm的短路點，并能夠通過對試驗參數的調整萌生不同尺寸的短路點，試驗方式如下圖所示。

Wei Cai等提出的內短路模擬辦法的關鍵在于停止擠壓的時機，下圖是電池電壓分別下降到1.0V（上圖）和3.0V（下圖）時停止擠壓的圖片，可以看到當電池電壓下降到1.0V后，隔膜被燒穿的洞分明較大，而3.0V截止時，隔膜被燒穿的洞約莫為1-2mm，比較接近實際內短路時短路點的大小。該辦法的主要優點時在不破壞電池的前提下，模擬鋰電池內短路情況，這也極大的提高了該辦法的實用性。

為了更加準確的模擬鋰電池內短路的發生，人們開發了一種基于蠟的內短路器件，蠟的熔點很低惟有57℃左右，因此只需要將鋰電池加熱到很低的溫度，蠟融化后就可以誘發鋰電池的內短路。試驗聲明幾乎在將電池加熱到蠟的熔點的同時，鋰電池就發生了內短路，電池溫度快速上升。該辦法最大的優點是最大限度的還原了鋰電池真切的內短路的情形，并且該辦法還具有簡單易操作的特性，僅需在制造鋰電池時，在電芯內加入該設備即可，極大的提高了該辦法的實用性。特別是在模擬電池包內某只電池內短路時，該辦法具幾乎是目前唯一可行的模擬辦法。

由于制造缺陷或者是設計缺陷導致鋰電池內部存在多余物、鋰枝晶等，是導致鋰電池發生內短路最為常見的原由，例如發生在波士頓的波音公司787夢想客機鋰電池起火事件據信就是由于鋰電池在低溫下充電導致鋰枝晶生成，從而導致內短路引起的。隨著電動車的普及，類似的安全事件還會繼續發生，要怎么樣從設計上減輕鋰電池在發生內短路時造成的損失，是我們鋰電池設計師需要考慮的問題，因此對于鋰電池內短路的模擬就變的尤為緊要，綜合上述解析，小編認為基于蠟的內短路設備（ISCD）是比較可行的辦法，該器件可以在鋰電池加工的過程中加入，只需要對鋰電池進行較低溫度的加熱就可以誘發鋰電池的內短路，因此非常具有實用性，特別是在模擬電池包中某只電池發生內短路時，該辦法幾乎是目前唯一可行的辦法。

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