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鋰離子電芯強制內(nèi)部短路試驗解析!
一,、電芯強制內(nèi)部短路試驗試驗的起源歷史
單電芯強制內(nèi)部短路試驗,，是由日本有關(guān)方面zui先提出的。提出此測試項目的原因是在2004年,，日本某公司生產(chǎn)的筆記本電池發(fā)生起火,，在詳細研究分析了電池起火的原因后，認為是在生產(chǎn)過程中,，由于工藝控制疏漏,，在鋰離子電池內(nèi)部混入了極微小的金屬微粒，在電池使用中由于溫度變化或各種撞擊,，金屬微粒刺穿正、負極之間的隔膜,，導致電池內(nèi)部短路,，從而造成大量發(fā)熱引發(fā)電池起火。由于在生產(chǎn)過程中混入金屬微粒屬于偶然事件，很難*放置這種事情的發(fā)生,。因此,，試圖通過“強制內(nèi)部短路試驗”模擬這種金屬微粒刺穿隔膜造成內(nèi)部短路的情況，如果鋰離子電池能保證在試驗過程中不出現(xiàn)起火,、爆炸危險,，則可以有效保證即使在生產(chǎn)過程中電池內(nèi)部混入了金屬微粒，也無法刺穿正負極之間的隔膜,；或者即使刺穿隔膜并造成了內(nèi)部短路,，仍然不會產(chǎn)生危機人身安全的起火、爆炸危險,。
二,、電芯強制內(nèi)部短路試驗試驗條件
單電芯強制內(nèi)部短路試驗的樣品量為10pcs，上,、下限試驗條件個5pcs,。試驗步驟：
（1）試驗樣品的充電步驟；（2）拆解電池放置小鎳片,；（3）包卷回電池并使電池達到試驗溫度,；（4）施壓步驟。
1,、試驗樣品的充電步驟
單電池強制內(nèi)部短路試驗是針對充滿電的單電池進行試驗,，其充電條件為：分別在上限試驗溫度及下限試驗溫度下穩(wěn)定1-4小時后，使用上限充電電壓及zui大充電電流,，充電至0.05C為止,。上下限試驗溫度表示電池可使用上限充電電壓及zui大充電電流時，電芯表面的zui高溫度和zui低溫度,，之所以選在上,、下試驗溫度條件下充電，是根據(jù)鋰電池的材料特性制定出來的,。JIS C 8714提出的上,、下限溫度分別為45℃和10℃，上限充電電壓為4.25V,，該條件是根據(jù)目前市面上比較普遍的鋰離子電池（鈷酸鋰負極-碳正極）材料特性制定的,，并不代表所以的鋰電池。
如果采用新的上下限試驗溫度和上限充電電壓,，則需要進行一定的試驗并補充資料依據(jù),。確定新上限充電電壓的考察內(nèi)容包括：正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、負極材料的鋰吸納性和電解液的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等材料特性,；確定新的上,、下限試驗溫度時考察內(nèi)容包括：正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、電解液的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等材料特性，需要保證在新上限試驗溫度下的已充電電池的安全性,，并在新上限試驗溫度中加上5℃適用JIS C 8714 第5.1款的充電條件,，且符合5.2~5.5款的試驗要求?；谪摌O材料的鋰離子吸納性,、電解液的鋰離子移動度等（與溫度相應），需保證在新下限試驗溫度下的已充電電池的安全性,，并且在新下限試驗溫度中加上-5℃適用5.1款的充電條件,，且符合5.2~5.5的試驗要求。
2,、拆解單電池并放置小鎳片
在周圍溫度20℃±5℃,、結(jié)露點低于-25℃的環(huán)境下拆解單電池，并在正極活性物質(zhì)與負極活性物質(zhì),，以及正極鋁箔和負極活性物質(zhì)之間放置下圖所示的小鎳片,。之所以選在結(jié)露點低于-25℃的環(huán)境下拆解單電池，是為了防止水汽影響電池的內(nèi)部化學環(huán)境,。本步驟應該盡可能快的完成,，以盡可能減少拆解過程中電解液的蒸汽及水汽對電池特性的影響。
3,、包卷回電池并使電池達到試驗溫度
將放置完小鎳片的單電池包卷好,，包卷時應避免松弛，應一邊拉緊一邊回卷,，并在鎳片的放置位置做好標記,，然后放入密封的聚乙烯袋中，并將封口后的聚乙烯袋裝入到鋁箔片制成的密封袋中,，分別在上限（下限）試驗溫度加上（減去）5℃的條件下放置（45±15）min,。此步驟是為了恢復電極體在解體前的狀態(tài)，并為接下來的假牙試驗做準備,。之所以要將包卷好的單電池放入密封袋中,，主要是防止電解液的蒸發(fā)和自然環(huán)境對電池化學狀態(tài)的影響，因此應選用容積盡可能小的密封袋,。另外,，在上限（下限）試驗溫度加上（減去）5℃放置（45±15）min是為了使電極體達到加壓試驗時的試驗溫度。如果拆解完電池后不能馬上進行施壓試驗,，則包卷好的單電池在鋁箔密封袋中保存的時間應控制在12小時以內(nèi),。
4、施壓步驟
在上,、下限溫度條件下,，使用下圖中的加壓工裝,，以0.1mm/s的速度對單電池放置有小鎳片的部位進行施加壓力，同時利用電壓表監(jiān)測單電池輸出端電壓的變化,，當觀測到有大于50mV的電壓降時，或者當施加壓力達到要求（圓柱形電池800N,，方形電池400N）時,，即停止降低加壓工具并保持30s，然后撤出壓力,。采用0.1mm/s如此慢的施壓速度,，能更好的控制內(nèi)部短路時間和嚴酷等級。當施壓過程中出現(xiàn)50mV電壓降時,，說明放入單電池內(nèi)部的小鎳片已經(jīng)在壓力作用下刺破電池隔膜而致使單電池發(fā)生了內(nèi)部短路,，此時即無需繼續(xù)施壓；如果施加壓力達到800N（方形電池施壓400N）時仍沒有電壓降出現(xiàn),，說明單電池的隔膜可以有效防止小鎳片的刺穿,，這樣也能防止單電池混入金屬小微粒后內(nèi)部短路情況的發(fā)生。
三,、電芯強制內(nèi)部短路試驗試驗要求
試驗要求：電池在試驗過程中不起火,。
在此試驗中，鎳片的放置這個步驟顯得尤為重要,。下面介紹兩種類型電池的鎳片放置位置,，見如下：
a、正極活性物質(zhì)-負極活性物質(zhì)之間,；
b,、正極鋁箔-負極活性物質(zhì)之間；
當正極鋁箔和負極活性物質(zhì)之間沒有相對面時,，則僅對正-負活性物質(zhì)之間放置鎳片進行試驗,。
圖1 正極活性物質(zhì)-負極活性物質(zhì)之間（圓形電池）
圖2 正極鋁箔-負極活性物質(zhì)之間（圓形電池）
圖3 正極活性物質(zhì)-負極活性物質(zhì)之間（方形電池）
圖4 正極鋁箔-負極活性物質(zhì)之間（方形電池）