近年来，全球能源危机和环境污染日益严重。锂离子电池作为一种清洁无污染的储能方式，逐渐应用于新能源汽车、太阳能转换储能设备、移动通讯设备等领域。目前，搭载锂离子电池的新能源汽车出现在越来越多的城市，但一些安全隐患也逐渐暴露出来。

    根据新能源汽车起火调查报告，绝大多数起火都是由于电池发热失控引起的。锂离子电池使用不当、意外损坏或缺陷可能导致爆炸和火灾。在引发    电池热失控的众多原因中，针刺是导致电池损坏的不可逆破坏行为。当电池被尖锐物体刺穿或受到较大冲击力时，会对电池造成机械损伤，破坏电池内部结构，直接暴露内部材料。同时，容易造成电池内部正负极短路，产生大量热量，使温度迅速升高，造成热失控隐患。

    以往的研究工作主要集中在电池针刺热模型和针刺实验上，但在针刺损伤方面，现有的针刺热失控模型研究没有考虑针刺引发热失控的随机性，被试对象针刺实验的多为平板电池，但平板电池的抗针刺特性较好。在现有研究工作的基础上，选取圆柱形磷酸铁锂电池为研究对象，着重研究热失控时电池形状、电池电压和电池表面温度的变化，为电池的安全使用和安全使用提供参考价值。针刺预防磷酸铁锂电池。

1.发生机制

    在圆柱型磷酸铁锂电池中，每个电极单元由正负极、双极集流器、隔膜等组成，电极单元浸没在电解液中并密封在电池壳内，电池泄压阀位于靠近电池的正极耳。当电池被刺刀刺破时，多个电极单元被刺破，所有被刺破的电极单元都参与放电。由于电池刺破位置的误差和电池制造工艺的细微偏差，刺破和破损的电极单元会产生不同的随机接触界面，而随机界面往往会影响电极单元的放电效果和接触界面电阻的大小。

当电池被刺破时，电池内部的颗粒会迁移。电池内部正负集流器相当于短路状态，瞬间产生大电流从正集流器通过卡口流向负集流器。Li从嵌入负极的锂结构中脱出并进入电解液，并通过隔膜迁移至正极。电池被刺破时，随机接触界面会影响电池内部放电。

如果针头与多个电极单元接触良好，就会有多个电极单元参与短路放电，发热量会更多。如果针只与少数几个电极单元接触，参与放电的电极单元数量就比较少，产生的热量也会比较少，电池的热失控反应也比较温和。电池在内部短路过程中，剧烈放电过程中会产生更多的热量，从而导致电池温度升高。

一般来说，电池发生针内短路的具体情况复杂多变，短路电流、电池内阻等参数的**变化难以测量，参与反应的电极单元。因此，本文将对外部宏观电池电压变化和电池表面温度进行研究和分析。

2.电池钉刺试验方法

    锂电池针刺实验平台主体是基于电池挤压针刺试验机，在测试室内，针速可通过操作面板设置为20mm/s，针头选用φ5mm钨钢针头，针头行程为200mm（电池完全刺破）。同时在线测量电池电压和电池表面温度，采集的数据通过数据采集卡后保存在上位机进行后续处理。

    实验电池为32650磷酸铁锂电池，电池采用专用夹具固定，可防止电池在实验过程中发生径向偏移。将电池放入具有防爆功能的穿刺试验箱内，在距离电池负极15mm和45mm处剥去塑料外皮，将K型贴片热电偶测量点放在电池表面电池壳。针位置距负极30mm。电池被刺破后，针头会在电池内停留 600 秒。

    考虑到实验中针头刺入电池后针头与损坏电极单元接触界面的随机性，选择6节充满电（SOC=1）的32650磷酸铁锂电池进行实验，实验结果对六组穿刺实验进行对比分析。每次实验的环境温度控制在（20+2）℃。为防止上一组实验影响下一组实验，相邻两组实验间隔24小时，每次实验需要更换新的钨钢针。

商通检测提供电池的相关测试认证服务：

运输和电池运输的 UN 38.3 测试：

1.热测试

2.高空模拟

3.冲击试验

4.影响

5.耐振性

6.外部短路

7.过充

8.强制放电

根据 IEC 62133-1 安全要求对用于便携式应用的便携式密封二次电池（以及由其制成的电池）进行的测试 – 第 1 部分：镍系统

根据 IEC 62133-2 安全要求对用于便携式应用的便携式密封二次电池（以及由其制成的电池）进行的测试 – 第 2 部分：锂系统

IEC 60086 原电池测试

根据 IEC 62619 对工业用电池进行测试

UL 1642 锂电池测试

IEC 61960-3棱柱形和圆柱形锂二次电池和由其制成的电池的测试

根据客户具体要求进行测试

CB 认证（例如根据 IEC 62133）