魏洪兵,王彩娟,赵 永,宋 杨

(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200)

锂离子电池能否满足安全、高功率、长寿命的基本要求,是急需探讨的重要课题,其中安全是最基本的问题。通过有效的电路设计,可防止电池过充电和外部短路的误用情况,但机械误用或制造中的不良因素导致的内部短路,难以有效控制。内部短路会引起电池内部温度的升高,并最终诱发热失控,因此,系统地研究内部短路问题,不仅对锂离子电池的生产有所帮助,而且可促进动力锂离子电池的应用。

本文作者从几个主要的方面列举了影响锂离子电池内部短路的因素,并对各因素进行了分析和总结。

1 内部短路的物理模型

G.H.Kim等[1]提出了内部短路的物理模型。电池的正、负极在内部短路时被导通,电压瞬时下降,电流超过正常值10倍以上,内阻消耗能量产生的热量,使电池温度迅速升高,导致隔膜熔化,短路面积扩大,最终起火、爆炸。内部短路时,电池产生的热量主要为焦耳热和电化学反应热[2]。

式(1)中:R是短路电阻,I是短路电流,T是温度,U是电压,S是熵,q是电量,t是时间。从式(1)可知,内部短路时,内部产生的热量主要由R和电池的开路电压决定。

T.Kawai[3]定量评估了锂离子电池内部短路时各种条件下产生的焦耳热。焦耳热取决于短路面积的电阻和放电电流,内部短路时,瞬间的电压降ΔU将产生一个较大的电流,并产生焦耳热。随后,如果正极材料的热稳定性差,高温下与电解液……