短路

外短路：對于國標(biāo)測試而言，外短路對應(yīng)的測試為電池滿電進(jìn)行測試，外部內(nèi)阻小于5mΩ，短路時間10min，觀察1h，要求電池不起火、不爆炸。更為嚴(yán)苛的是IEC62133標(biāo)準(zhǔn)里對外部短路的要求，需要在55℃下進(jìn)行，這無疑增加了難度。失效機(jī)理也很好理解，當(dāng)外部短路發(fā)生時，瞬間產(chǎn)生大電流通過電池內(nèi)部，溫度急劇升高，電解液分解產(chǎn)生大量氣體，電池內(nèi)部壓力增大，最終導(dǎo)致爆噴或者起火、爆炸，電池失效。

如何去降低外部短路發(fā)生時電池失效的幾率呢？對于金屬外殼的電池而言，可以通過防爆閥、電池蓋上的FUSE等安全措施來避免電池的失效，但仍需要大量的實(shí)驗(yàn)去探究電池失效發(fā)生的條件和邊界。

內(nèi)部短路：對于國標(biāo)而言，內(nèi)部短路對應(yīng)的測試為針刺和擠壓，但隨著能量密度的提高，針刺基本上大家都過不了，所以就取消了，不過在一些國際上的標(biāo)準(zhǔn)仍然是有要求的。擠壓一般通過的標(biāo)準(zhǔn)就是電池的形變量或者是電池受力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)就可以了。目前認(rèn)為的失效機(jī)理為電池內(nèi)部短路導(dǎo)致內(nèi)部正負(fù)極直接接觸，瞬間產(chǎn)生大量的熱，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終導(dǎo)致失效，涉及到多個反應(yīng)，具體哪個階段對應(yīng)的是哪個反應(yīng)還很難去解釋，實(shí)際測試過程中也很難去模擬實(shí)際情況。

動力電池安全設(shè)計(jì)系列之安全相關(guān)的測試

國外也有專門的研究機(jī)構(gòu)對內(nèi)短路進(jìn)行了模擬，得出正極鋁箔和負(fù)極活性材料直接的短路時造成熱失效的主要原因。那么，怎么去降低內(nèi)短路發(fā)生的概率呢？這個就需要從原材料、過程工藝、檢測手段等等多方面去控制。原材料以及過程工藝方面之前已經(jīng)專題講過，在此不在重復(fù)，檢測是貫穿整個電池的制造過程的，如何從早期就能篩選出具有內(nèi)短風(fēng)險(xiǎn)的電池呢？這就需要一些高精度的設(shè)備，能敏感的檢測出電池內(nèi)部的雜質(zhì)、顆粒，以及對此造成的電池的電性能的下降等等，包括每一步的耐壓絕緣測試、電池制作完成后的老化測試、內(nèi)部缺陷的高精度電化學(xué)檢測等等，都能降低動力電池發(fā)生內(nèi)短的風(fēng)險(xiǎn)。

2、加熱

對于國標(biāo)而言，加熱實(shí)際上是電池置于一定的溫度中保存一段時間，最終不會發(fā)生失效的能力。

動力電池安全設(shè)計(jì)系列之安全相關(guān)的測試

對于不同組分而言，其熱失效的溫度是不一樣的，對于SEI膜而言，溫度高于130℃就開始逐步分解了。

動力電池安全設(shè)計(jì)系列之安全相關(guān)的測試

不同的正極材料具有不同的熱穩(wěn)定性，高鎳材料的熱穩(wěn)定性在200℃左右，隨著溫度的升高，正極材料開始分解，釋氧，進(jìn)一步加劇了失效的發(fā)生。

動力電池安全設(shè)計(jì)系列之安全相關(guān)的測試

對于電解液，隨著溫度的升高，也是逐步發(fā)生反應(yīng)。

因而，對于加熱這個失效而言，改善的思路有兩個，一個是從原材料端去解決這個問題，例如提高正負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性，提高電解液的分解溫度，改善成膜添加劑等等，另一方面需要從使用端去解決這個問題，例如提供良好的散熱路徑和通道，規(guī)定電池使用的最大電流和溫度范圍，整包采用液冷系統(tǒng)等等，都可以顯著的降低電池發(fā)生熱失效的概率。

2、過充

過充對應(yīng)的國標(biāo)是逐年在降低的，先從2倍上限電壓降低到1.5倍，后續(xù)據(jù)悉要降低到1.2倍，也從側(cè)面反映了高能量密度電芯過這項(xiàng)測試的難易程度。其失效機(jī)理為充到一定程度，電解液分解產(chǎn)氣、負(fù)極表面析鋰、隔膜熱收縮等等反映引發(fā)的內(nèi)部短路，進(jìn)而引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，造成熱失效，最終電池起火爆炸。

那么，如何有效的降低電池發(fā)生過充時候的風(fēng)險(xiǎn)呢？實(shí)際上也是需要從材料、設(shè)計(jì)、使用等幾個方面去完成這個事情。原材料端，對材料進(jìn)行包覆摻雜，提高原材料的熱穩(wěn)定性，使用不燃電解液、防過充添加劑等等，在設(shè)計(jì)端，電池蓋上的防爆閥設(shè)計(jì)、反轉(zhuǎn)閥設(shè)計(jì)等等，使用端，BMS采樣精度的控制，及時報(bào)警等等，都可以有效的降低過充發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

小結(jié)：

就幾個關(guān)鍵的安全性能測試進(jìn)行了簡單的講解和概括，權(quán)當(dāng)拋磚引玉。其實(shí)任何一項(xiàng)測試都不能有效的模擬出電池在實(shí)際使用過程中的狀況，所以就需要更多的同仁們?nèi)プ龈嗟墓ぷ鳎ＷC動力電池的安全。至此，關(guān)于動力電池的安全性設(shè)計(jì)就告于段落。