本文做了一個(gè)1.4Ah的多層軟包樣本做的實(shí)驗(yàn),來驗(yàn)證金屬污染物對電芯安全性的影響。

研究問題定義和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在使用過程中由于可能形成內(nèi)部短路，鋰離子電池中的金屬顆粒可能會帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。不同的外部濫用實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的金屬顆粒殘留可能存在差異性的問題，所以想要評估金屬顆粒如何導(dǎo)致電池短路需要解決以下的問題：

1）短路的嚴(yán)重程度是否取決于電池內(nèi)顆粒的位置？

2）短路的嚴(yán)重程度是否取決于顆粒的大小？（隔膜穿透與枝晶形成，引發(fā)的四種不同的內(nèi)短路形式）

▲不同內(nèi)短路形式下的產(chǎn)熱功率和曲線

在不同的粒徑下，如何檢測到金屬顆粒引起的影響，并在制造過程中拒絕電池？

3）內(nèi)短路的嚴(yán)重程度是否隨循環(huán)或存儲而增加？

實(shí)驗(yàn)的方法

測試1:500-700μm鐵顆粒（易于處理）

測試2：50-150μm鐵顆粒（已知金屬污染物最小尺寸）

檢測方法和測試

● 電極堆組裝后的Hi-Pot測試

這個(gè)實(shí)驗(yàn)有置信度的問題，較大顆粒是能給檢測出來的，在陰極表面上才會讓測試結(jié)果有差異

● 自放電（Delta-OCV）在老化過程中檢查（50％SOC，35oC下7天）

●循環(huán)壽命測試（100％DOD，1C/1C速率,電芯加壓下做35oC）

不同循環(huán)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在正極中心處最為明顯，使得容量的衰減要更快一些。

▲較大尺寸的金屬顆粒

▲較小尺寸的金屬顆粒

● 儲存測試（在35oC加壓下100％SOC）

采用自放電測試，在正極極片上的金屬顆粒會產(chǎn)生較大的電壓降，實(shí)際顆粒對于存儲容量衰減差異并不大。

在經(jīng)歷過循環(huán)和存儲以后，電芯的自放電速度還是要更快。

● 我們檢出來自放電大的電芯，其金屬污染物在陰極中心的比較明顯，這個(gè)循環(huán)壽命在后面會明顯加速跳下來

小電池實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

● 即使是遠(yuǎn)大于隔膜厚度（20-28倍）的顆粒也不會產(chǎn)生內(nèi)部短路，實(shí)驗(yàn)條件為加壓下下循環(huán)

● 陽極的金屬顆粒不會導(dǎo)致內(nèi)部電池短路

● 只有初始位于陰極上的金屬顆粒，如果尺寸和質(zhì)量足夠，會導(dǎo)致內(nèi)部電池短路

● 在制造商的老化/存儲工藝步驟中，可通過自放電和容量損失檢測到大的金屬顆粒

● 100μm以下的顆粒影響有限，而150μm附近的顆粒確實(shí)會導(dǎo)致電芯循環(huán)壽命失效

一些想法:在沒有外部濫用的條件下，如果在制程過程中有金屬顆粒帶來結(jié)果是可控的，用循環(huán)和日歷存儲實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還可以，電芯沒有出現(xiàn)安全性的問題。還有就是自放電實(shí)驗(yàn)，還是我們檢測新電芯最有效的手段，能夠把后期跳水的電芯有效的檢測出來。