浅谈锂电池内短路模拟？

动力电池在使用过程中安全性是我们首先要考虑的，因此在动力电池的考核指标中我们也设立了比较严格的安全性考核制度，例如挤压、针刺、过充、过放和短路等，分别模拟实际使用中锂电池遇到的滥用的情况。在所有的安全性问题中，有一种最难模拟——内短路。顾名思义，内短路指的是由于锂电池设计或者制造缺陷，导致的电池内存在多余物，或者锂枝晶等，导致隔膜破坏，在该处发生正负极之间短路，这是最危险的情况，因为此时整个电池的能量都在通过这个短路点释放（最多70%左右的能量会在60s内释放），因此瞬间此处的温度迅速升高，继而引发正负极活性物质、电解液等分析，引起锂电池热失控。

由于短路发生在锂电池的内部，因此很难通过外部作用模拟内短路对电池造成的破坏，例如常见的针刺试验，在针刺入的过程中，先是在一个点处发生短路，但是随着针插入到电池的内部，此时电池内多处同时发生短路，使的电流密度大大降低，此外针也会带走一部分短路萌生的热量，因此相比于内短路，针刺探测简直是太温和了。

挤压探测过程中，随着电池变形量的增大，隔膜发活力械失效，引起电池内部短路，但是挤压造成的短路点一般具有较大的面积，或者多个点同时发生短路，因此相比于内短路，挤压探测造成的短路电流也极大的下降，因此挤压探测也不能完美的模拟锂电池内短路。

可见常见的安全探测办法并不能很好的模拟锂电池发生内短路的情形，或者说考核标准不够严格。无论是加工过程中引入的多余物，还是使用过程中生成的锂枝晶，从本质来讲，锂电池内短路都是由电芯内部的多余物（特别是导电多余物）造成的。据此日本电池协会提出了一中模拟锂电池内短路的办法，将电芯取出后，在电芯的内部放入一小块金属块，然后再放入到电池壳内，最后该电池被放入到挤压设备上，对电池进行施压，直到电池发生内短路。该办法能够较为准确的模拟锂电池发生内短路的情形，但是由于该办法需要将电池拆开，因此实际加工中很少采用该办法对电池进行评估。

其他一些能够模拟锂电池内短路的办法，大多数也都需要在电池内部引入多余物，例如桑迪亚国家试验室在电芯内引入Wood’s 金属（该金属熔点仅为70摄氏度）多余物，美国可再生能源国家试验室NREL则通过在电芯内引入相变材料来模拟锂电池内短路，总的来说这些办法都需要打开电池，引入多余物，因此在实际使用中都缺少可操作性。

为知道决实用性的问题，美国橡树岭国家试验室的Wei Cai等传统的挤压探测参数进行了优化，使之能够在锂电池内部的两个电极之间萌生一个直径为1-2mm的短路点，并能够通过对试验参数的调整萌生不同尺寸的短路点，试验方式如下图所示。

Wei Cai等提出的内短路模拟办法的关键在于停止挤压的时机，下图是电池电压分别下降到1.0V（上图）和3.0V（下图）时停止挤压的图片，可以看到当电池电压下降到1.0V后，隔膜被烧穿的洞分明较大，而3.0V截止时，隔膜被烧穿的洞约莫为1-2mm，比较接近实际内短路时短路点的大小。该办法的主要优点时在不破坏电池的前提下，模拟锂电池内短路情况，这也极大的提高了该办法的实用性。

为了更加准确的模拟锂电池内短路的发生，人们开发了一种基于蜡的内短路器件，蜡的熔点很低惟有57℃左右，因此只需要将锂电池加热到很低的温度，蜡融化后就可以诱发锂电池的内短路。试验声明几乎在将电池加热到蜡的熔点的同时，锂电池就发生了内短路，电池温度快速上升。该办法最大的优点是最大限度的还原了锂电池真切的内短路的情形，并且该办法还具有简单易操作的特性，仅需在制造锂电池时，在电芯内加入该设备即可，极大的提高了该办法的实用性。特别是在模拟电池包内某只电池内短路时，该办法具几乎是目前唯一可行的模拟办法。

由于制造缺陷或者是设计缺陷导致锂电池内部存在多余物、锂枝晶等，是导致锂电池发生内短路最为常见的原由，例如发生在波士顿的波音公司787梦想客机锂电池起火事件据信就是由于锂电池在低温下充电导致锂枝晶生成，从而导致内短路引起的。随着电动车的普及，类似的安全事件还会继续发生，要怎么样从设计上减轻锂电池在发生内短路时造成的损失，是我们锂电池设计师需要考虑的问题，因此对于锂电池内短路的模拟就变的尤为紧要，综合上述解析，小编认为基于蜡的内短路设备（ISCD）是比较可行的办法，该器件可以在锂电池加工的过程中加入，只需要对锂电池进行较低温度的加热就可以诱发锂电池的内短路，因此非常具有实用性，特别是在模拟电池包中某只电池发生内短路时，该办法几乎是目前唯一可行的办法。

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