锂离子电池内部短路测试实验室-商通检测

  锂离子电池以其循环寿命高于能源的优势广泛应用于移动设备、储能、新能源汽车等各个领域，但与其他类型电池相比，其安全性是需要解决的主要问题. 锂离子电池主要通过发热产生安全问题，后热失控的体现方式和热失控的形成原因主要有短路、连接失败、高温烘烤、浸水等，其中短路是热失控常见的原因 短路分为外部短路和内部短路，外部短路可以通过辅助元器件的保护和策略的优化来控制，而内部短路则难以有效控制。

本文通过对内部短路原理仿真方法及预防检测措施的系统研究，将对电池安全问题的控制方法有更深入的认识，为锂离子电池的更广泛应用提供参考。

电池短路模拟试验方法：

钉刺、挤压、跌落、重物冲击等测试是标准中比较常见的模拟短路测试方法，如QC/T743-2006、SAND2005-3123、UL2580-2011、SAE2464等标准。

    为了更好地模拟短路效应，标准中对各种测试方法进行了有条件的约束。针灸试验规定针刺速度（QC/T743-2006要求10~40mm/s，其他标准要求80mm/s）针径（一般为3~8mm）；挤压实验规定了挤压压力（100kN或1000倍试样质量）的变形量（一般为变形量的50%）和挤压圆盘的形状（30mm挤压圆盘，半径为75mm ); 跌落测试规定了跌落高度（1 至 2 米）和跌落时的接触面（坚硬的水平地面或非平面）的条件。

    模拟短路实验方法还包括无限过充发热实验并联等效电阻，无限过充是对充满电的试验电池进行恒定电流充电，直到电压降至0V或产生燃烧爆炸的情况很小：加热实验是对实验样品进行加热，加热温度由隔膜的耐温性决定，加热后膜片收缩引起内部短路：并联等效电阻主要针对并联单体，其中一个单体用等效电阻切换，模拟内部短路。

    上述方法的优点是简单，利于实施，缺点是只能反映内部短路后的表观现象，对内部短路前已经产生的热能积累没有限制对于短路后释放的热量，不能很好地定义过度充电。此外，上述方法14引起的电池内部短路是在哪一部分电池也存在一定的不确定性，对机理分析具有一定的局限性。

    强制内短路主要是在电池内部添加金属嵌件和隔膜穿孔，然后结合外部挤压的形式实现电池不同部位的内短路。另外，通过监测电压、温度、声、光等方式，在电极中加入低熔点金属或合金，通过加热熔化来评估短路中心（6.这些方法可以更好地反映短路的影响电池上不同部位的电路 有利于机理分析 缺点是电池在拆装过程中需要与空气隔绝，对湿度、清洁度、封装等级也有严格要求。

电池内部短路预防措施及检测方法：

1.内部短路预防措施

(1)电池材料、工艺改进

主要通过改用隔膜材料和使用电解液添加剂来防止在电池生产过程中混入杂质和生产过程的可靠性测试。

    使用陶瓷隔膜可以大限度地降低短路风险，如果短路不可避免，也可以通过在电极材料上涂一层PTC材料来降低短路电流，从而增加短路时PTC层的电阻，从而抑制热失控的产生. 另外，由于目前使用的电解液是基于烷基碳酸酯体系的，在电池中易挥发燃烧，使用不当蓄热会产生燃烧或爆炸，将电解液设计成阻燃电解液或使用离子液体电解液或添加马来酰亚胺低聚物材料将大大降低短路产生的安全风险。

    优化改进电芯生产除杂工艺，去除铁金属粉尘，一方面防止在充放电过程中与电解液发生不可逆的副反应，另一方面杂质颗粒的存在进一步增加了穿刺的风险隔膜并引起内部短路。X 射线还可用于检测电池内部极板的对齐情况，从而避免潜在的短路风险。

(2)电池使用：

防止低温充电析锂。低温条件下，锂离子电池的离子电导率和扩散系数大大降低，充电时极易导致析锂，因此低温使用时应将电池预热至合适的充电温度，以避免电池在低温充电时产生锂枝晶，进而刺破隔膜。

电池充放电倍率冗余设计。冗余设计让电池始终工作在低负载状态，有效保护电池，大大降低高负载下内部短路的风险。

加强电池的导热设计或抑制产热能力，因为电池内部短路会瞬间产生大量热量，如果热量积累，会导致电解液分解，发生氧化/还原反应电解液与正负极正负极表面之间，隔膜收缩分解，导致热失控。

2.检测电池内部短路的手段：

热检测：

通过在电池侧壁贴热电偶检测温度变化来判断是否短路。由于短路时热量是由内向外传导，温度显示有一定的滞后性，因此不能立即反馈短路情况。

电压异常检测是通过监测连续小电流充电过程中的压降来监测电池内部短路情况，例如给80Ah电池恒流3A充电时，如果压降超过100mV，则为确定电池有内部短路。

容量异常检测：

    在充电过程中，通过在当前设置的电压范围内将充电容量与参考容量进行比较，因为当发生内部短路时，一部分电能会转化为热能耗散，使充电过程中的充电容量会比不发生内部短路时高，所以当充电容量高于参考容量时，内部短路故障报告充电容量低于或等于参考容量时，电池状态正常。

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 62133-1-2 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）