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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 锂离子电池安全测试针刺、冲击原理
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乱世春秋执笔

捐助贵宾 (小有名气)

[求助] 锂离子电池安全测试针刺、冲击原理 已有5人参与

软包锂离子电池做针刺实验时，正负极短路造成电芯内部温度升高，请教下在何种短路方式下电芯不会起火爆炸？电芯的针刺性能NG，主要从哪一方面改善？冲击的原理是否一样？
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心之所系,即是吾乡......
1楼 2015-12-15 19:31:43
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

烈火之心

银虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
乱世春秋执笔: 金币+2, ★★★很有帮助 2015-12-16 00:00:08
首先跟材料体系有关，一般难以程度顺序为：钴酸锂体系＞三元＞锰酸锂＞磷酸铁锂；第二个与电池的容量有关，越大越难通过；第三与电池的内部结构有关，叠片的比卷入的要难过。。。
改善可以从结构入手，多加几层马甲；采用陶瓷或者PVDF隔膜；采用阻燃的电解液；最近有文章说在卷芯表面加两层胶类的物质，在针刺时可以覆盖在针的表面，阻止短路的发生，不知是否可以。
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生命不止，奋斗不息
2楼2015-12-15 20:01:51
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乱世春秋执笔

捐助贵宾 (小有名气)
引用回帖:
3楼: Originally posted by langzhizhou at 2015-12-15 22:05:53
这个针刺国外有专门的应用专利，专门为了过针刺试验；
核心原理就是让热量尽可能有足够的通道扩散，不要集中一点，就不会NG；
单纯考虑材料本身的话，那就需要从电芯设计上考虑了；

足够多的通道……能讲得详细一点吗

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心之所系,即是吾乡......
4楼2015-12-16 13:29:26
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hubianmiao

银虫 (小有名气)
沉了沉了。。。我来帮lz顶一记
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一念花开，往事悠悠。千百年的回眸，一花凋零一花绽。
6楼2015-12-30 20:56:33
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shenchenerzi

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
乱世春秋执笔: 金币+2, ★★★很有帮助 2015-12-31 18:08:53
电芯针刺短路初期的温度升高就是根据焦耳定律（Q=I2Rt）及散热速率来决定的，电芯内部的散热速率难以控制，所以一般都是通过控制短路放电时的焦耳热来实现，时间t是无法改善的（测试标准决定），所以能改善的就是电流 I 跟阻抗 R，而电流 I 又是由阻抗来决定的（欧姆定律U=I*R，U-电压由电芯自身决定），所以针刺一般都是通过控制短路时的阻抗来降低短路初期的焦耳热，当阻抗很大或很小时都可以降低焦耳热（包马甲就是一种降低短路时阻抗的方法），从而避免热量聚集，温度过高而引起阴极分解。所以现在一般都是主要通过电芯的结构设计改善控制针刺时的短路方式来改善针刺性能，要么增大短路时的阻抗，要么降低，各种短路时的阻抗可以模拟测试。当然这种结构设计控制短路方式是有概率的，不能做到100%。
除了控制短路初期温升，也可以通过电解液添加阻燃添加剂避免高温引燃电解液有机溶剂，选择热稳定性更好的阴极材料避免阴极氧化物分解，或者选用更好的隔膜降低短路概率等等。
重物冲击的原理跟针刺差不多，不过它短路位置更分散，更趋向于检验电芯设计结构的安全性。
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8楼2015-12-31 10:47:29
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LEONLAIts

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

Short Test：模拟外部导体短接双极耳导致的安全风险
Nail Test：模拟外部尖锐物体，刺穿电芯，出现内部短路的安全风险
Heating Test：模拟强烈外力瞬间撞击，导致的安全风险

改善思路还是DMAIC，就举个例子好了：
Improvement Of External Short Test：先以大量的测试数据积累，确定失效类型；接着收集不同型号、不同能量密度，在不同的外部导体短接时出现的探索性数据（最好量化）；再对比可通过、不一定通过、不可通过测试的电芯（或“尸体”）拆解分析和数据对比，得出短路时理论失效模式，分析出相关的改善方向（材料选型、设计结构等，这个比较考究个人的发散性思维）；然后根据改善方向，定出不同的单因子方案，初步确定各因子方案的可行性、有效性、成本等；最后将多因子、全因子方案做了，定下各个因子的优先等级和交错影响。
事实上做到最后，在不考虑Cost时，只满足最基本的H.T. Storage（60℃7D）、Cycle Life（300~500cycles），发现阻燃电解液是较优选项。
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Just_For_Lithium-ion_Polymer_Battery！
14楼2016-05-18 17:22:52
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langzhizhou

版主 (职业作家)
引用回帖:
13楼: Originally posted by sofc at 2016-05-18 13:46:17
兄弟，我正好在做改善锂电池针刺测试方面的工作，能否分享相关的国外专利？我可以奉上大把的金币，非常感谢！...

我知道这方面的工作大概原理，是日本方面的专利；但具体是哪一篇，专利原文，我这没有

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何处高楼无可醉，谁家红袖不相怜！
17楼2016-05-18 20:05:51
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普通回帖

langzhizhou

版主 (职业作家)

【答案】应助回帖

★
感谢参与，应助指数 +1
乱世春秋执笔: 金币+1, ★有帮助 2015-12-16 00:00:23
这个针刺国外有专门的应用专利，专门为了过针刺试验；
核心原理就是让热量尽可能有足够的通道扩散，不要集中一点，就不会NG；
单纯考虑材料本身的话，那就需要从电芯设计上考虑了；
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何处高楼无可醉，谁家红袖不相怜！
3楼2015-12-15 22:05:53
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乱世春秋执笔

捐助贵宾 (小有名气)
别沉啊
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心之所系,即是吾乡......
5楼2015-12-30 18:24:41
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usma

木虫 (正式写手)
再顶

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夏花绚烂
7楼2015-12-30 23:59:57
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乱世春秋执笔

捐助贵宾 (小有名气)
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6楼: Originally posted by hubianmiao at 2015-12-30 20:56:33
沉了沉了。。。我来帮lz顶一记

3Q
9楼2015-12-31 18:08:06
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乱世春秋执笔

捐助贵宾 (小有名气)
引用回帖:
7楼: Originally posted by usma at 2015-12-30 23:59:57
再顶

3q
10楼2015-12-31 18:08:16
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