锂电池安全测试解析：挤压、针刺、短路搓纸轮

针刺实验也是用于模拟锂电池内短路的一种方法，其基本原理是利用一根金属针，以一定的速度缓慢的插入到锂电池的内部，从而引起锂电池内部短路，此时整个锂电池的电量都在通过短路点进行释放，相关研究显示在内短路发生时，最多会有70%左右的能量在60s内通过短路点释放【4】，这部分热量最终都转换为热能，由于生成的热量无法及时的扩散，从而使的短路点瞬间的温度可达到1000℃以上，从而引发热失控【5】。

相比于上述的挤压和针刺实验，外短路测试则显得先比较较温和。外短路测试是将锂电池连接一个定值电阻上，锂电池的电量通过电阻进行释放。根据定值电阻的大小可以控制短路电流的大小，从数十安到数百安，甚至是数千安，由于大电流会在锂电池内短时间内积累大量的热量，可能会引发锂电池热失控。

能否通过短路测试重要受到短路电流大小的影响，短路电流越大，则锂电池热量出现的速度也就越快，而锂电池热量扩散速度不会有太大的变化，因此也就意味着在锂电池内部积累更多的热量，温度上升更多，可能导致隔膜收缩，正负极短路等严重的问题，继而引起锂电池热失控。

影响锂电池短路电流的因素重要是短路电阻的阻值，其次还受到锂电池内阻和荷电状态等因素的影响，荷兰的AkosKriston等人通过对多种锂电池进行研究后发现，在锂电池短路的过程中，电流变化重要分为一下几个部分，区域1电池的放电电流可达274C，这一部分重要由锂电池的双电层和扩散层放电驱动，在区域2中，锂电池的放电倍率可达50-60C，这一部分电流的重要限制因素为物质扩散，由于热量的积累，在此区域内可能发生电池的热失控。在区域3中，随着驱动力的下降，电池的放电电流也在逐渐下降【6】。

AkosKriston的研究发现，影响短路测试结果的重要因素是短路电阻阻值和锂电池的内阻的比例，这甚至要比锂电池内阻和电池的荷电状态对实验结果的影响还要大。可以看到，短路电阻的阻值和锂电池越接近，锂电池就越容易发生热失控，只有当短路电阻的阻值是锂电池内阻的9-12倍以上时，锂电池才能通过短路安全测试。其实这也不难理解，在短路放电的过程中，热量重要由外电路的短路电阻和电池内阻出现，根据焦耳热的公式P=I2R，在电流相同的情况下，发热功率和电阻程正比，在电池能量一定的情况下，阻值大的部分自然也就会出现更多的热量。

充电温度：0~45℃
放电温度：-40~+55℃
比能量：240Wh/kg
-40℃放电容量保持率：0.5C放电容量≥60%

从上述分析中不难看出，影响锂电池安全测试结果的因素从本质上来讲重要是产热速率和散热速率，通过安全保护设计等手段，降低安全测试过程中的产热速率，或者在必要情况下，切段电流，阻止继续产热都能够有效的防止锂电池发生热失控。其次是提高锂电池的散热速率，通过锂电池结构设计，提高散热速率，可以有效的防止锂电池温度过高，特别是在电池组级别上，要配备相应的散热手段，在部分锂电池发生热失控时，能够快速散热保证不引起连锁反应。