锂离子电池的针刺测试.docxVIP

锂离子电池的针刺测试①张海林，和祥运，李艳，王慧景，王卡（上海卡耐新能源有限公司 ，上 海 ２０１８１５）摘要：由于锂离子电池用户在实际使用中有较严格的安全性要求，采用针刺的方式评价锂离子电池 的安全特性就显得比较重要和可行。文章根据内部针刺测试结果，对 影响锂离子电池针刺测试结 果的因素如荷电状态、正极材料、电池隔膜和针刺速度等做了评价。关键词：锂离子电池；针刺测试；安全特性；影响因素中图分类号：ＴＭ９１２．９文献标识码：Ａ文章编号：１００８－７９２３（２０１４）０４－０１９４－０３ＡｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅｔｅｓｔｏｆＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓＺＨＡＮＧＨａｉ－ｌｉｎ ，ＨＥ Ｘｉａｎｇ－ｙｕｎ，ＬＩＹａｎ，ＷＡＮＧ Ｈｕｉ－ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｋａ（ＳｈａｎｇｈａｉＣｅｎａｔＮｅｗ ＥｎｅｒｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｅｃａｕｓｅｔｈｅｕｓｅｒｎｅｅｄｓｓｅｃｕｒｉｔｙｓｔｒｉｃｔｌｙｉｎｔｈｅｕｓｅｏｆＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ ｓａｆｅｔｙｆｏｒＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｗｉｔｈａｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅｃｏｍｐａｎｙｉｎｔｅｒｎａｌａｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｃｕｐｕｎｃ－ ｔｕｒｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｕｃｈａｓｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ，ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｂａｔｔｅｒｙｓｅｐａｒａｔｏｒｓａｎｄａｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅ ｓｐｅｅｄ，ａｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ；ａｃｕｐｕｎｃｔｕｒｅｔｅｓｔ；ｓａｆｅｔｙｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ由于用户对锂离子电池特性认知的程度不同 ，非 正常使用是难以避免的 ，造成电池发生安全事故的状 况有两种：一是使 用过程中的人为短路，二 是电池在 制造或者使用中发生的内部短路。 对于第一种短路 情况，尤其是有金属等尖锐物体刺破电池腔体的情况 发生较为普遍，该现象实际为锂离子发生了人为的物 理短路。物理短路是在搬运、组装过程中较易发生的 状况，当外界物体 穿破电池时，由于刺穿隔膜造成了 正负极的短接化学反应 ，从 而产生大量的热 ，电 池内 部的温度快速升高，热 量聚集，从而产生热失控的危 险。对于第二种内部短路情况 ，是因为在锂离子电池 的生产过程中，极易产生毛刺，包括铜箔、铝箔切割处 和极耳作业过程中产生的毛刺 ，这些毛刺虽然可以通过自动化检测设备进行查出和剔除 ，但是难以完全避 免，这些金属毛刺 在电池充放电时 ，刺穿隔膜就直接 导致正负极的短接 ，从 而和第一种情况类似 ，产 生热 失控现象。为了评估锂离子电池在发生短路情况下的实际 表现，目前都是通过采用金属针刺穿电池内部来模拟 和评估短路发生时电池的安全耐用性。 针刺测试是 将一枚钢针以规定的速度垂直刺穿锂离子电池 ，人为 造成内部短路；在 进行针刺测试时 ，除了目视观察电 池有无起火等恶劣现象 ，同时也监测电池表面的温度 变化情况。通过观察电池的温升状况 ，以及是否发生 起火、爆炸，就可以 方便地评价锂离子电池的内部短 路性能。本文根据公司内部针刺测试结果 ，对影响锂① 收稿日期 ：２０１４－０５－０７作者简介 ：张 海林（１９８０－），男 ，河 南人 ，工 程师 ，主要从事锂离子电池研究 。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ－ｌｉｎ（１９８０－），ｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．１９４Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１４离子电池针刺测试结果的因素 ，如 荷电状态、正 极材 料、电池隔膜和针刺速度等做了评价 。１实验部分测试锂离子电池为软包装 ４０５５６０－１．７Ａｈ 型号， 由活性物质（三元材料、石墨）、导电剂炭黑、黏结剂等 按照规定比例配制，搅 拌好的浆料均匀涂布在 １５μｍ铝箔和１０μｍ 铜箔上，制成正、负极片，组 装成测试用４０５５６０型号电芯。针刺设备 为 公 司 自 制 针 刺 机 （型 号 ＣＮＺＣ－０１）， 钢针直径４．０ ｍｍ，针 刺入电池后 停 留 １０ ｍｉｎ，测 试过程中用热电偶紧贴在样品表面中央部位 ，记录针刺 测试前后电池表面温度变化。测试环境温度为室温。２ 结果与讨论２．１ 荷电状态的影响锂离子电池的荷电状态 （下 简称 ＳｏＣ 值）是 用来 描述锂离子电池剩余容量 ，是电池荷电状态的重要参 数［１］。ＳｏＣ 值在数值上定义为电池 存 有 容 量 占 实 际 容量的比值，正常状态的电 池荷电态从