CATL vs. BYD：一个测试引发的论战，看针刺测试背后的那些机理

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1. 针刺到底测的是什么？

针刺试验的主要目的在于模拟锂离子电池的内部短路，并考察能否引发电池的热失控。

热失控（ThermalRunaway）是导致锂离子电池安全事故的直接原因，而内部短路则是热失控中的关键共性特征。通常所说的事故滥用情况可分为机械滥用（挤压、针刺、剐蹭、钝击等）、电滥用（短路、过充、过放等）和热滥用（过热等）三类。为此人们设计了一些试验如针刺、过充和挤压等，用于对滥用情况进行模拟，并评估这些滥用可能带来的后果。这些滥用的过程中通常大多都会造成电池的内部短路，需要进一步地考察是否会由此引发电池的热失控。

2. 针刺测试步骤

按照GB/T 31485-2015的针刺试验方法，将电池充满电，用直径为5-8mm的耐高温钢针，以（25±5）mm/s的速度，从垂直于电池极板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在电池中，观察1小时，不起火、不爆炸才算合格。

3. 针刺测试过程中，电池内部发生了什么？

针刺试验的主要目的在于模拟锂离子电池的内部短路，而内短路有四种模式：

①正极膜 ②铝箔集流体 ③负极膜 ④铜箔集流体

四种短路类型：A:①+③ B:①+④ C:②+③ D:②+④

A和B的短路类型产热热量远远小于C和D的，大部分热失控由C和D造成

4. 热失控时，电池内部发生了什么反应？

首先，SEI膜分解导致电解液在裸露的高活性碳负极表面发生还原分解。SEI膜的分解，导致电解液在电极表面的大量分解放热是导致电池温度升高，并引发电池热失控的根本原因。

第二，充电态正极的热分解。贫锂态正极的热分解放热，以及进一步引发的电解液分解，加剧了电池内部的热量积累，促进了热失控的发生。

第三，电解质的分解。电解液热分解放热进一步加速了电池温升。

第四，粘结剂与高活性负极的反应

温度升高诱发不同的热失控反应

热失控过程为“链式反应”。控制热失控需要减少放热，切断“链式反应”的持续进行。

不同材料热失控初始温度及释放热量

实际上，不同材质的针得到的结果截然不同；(2)同样材质针重复实验，结果可能存在很大偏差。从电压曲线判断，铜针针刺更容易导致电池发生严重内短路，一个样品不到2h即完全放电；钢针次之，16 h仍未完全放电；而塑料针针刺内短路极微弱，甚至有的似乎观察不到内短路现象。以上结果证明：（1）针刺实验结果确实同针的电导率有关；（2）针刺实验中针是主要电流通路。针刺实验的低重复性表明影响针刺实验结果的不仅有针自身的电阻，接触电阻也是极为重要的因素。而针刺过程接触电阻难以测量，针的表面粗糙度、锥角、针刺过程电解液反应产物都有可能对接触电阻存在影响。

来源：锂想生活

化学爆炸材料多尺度控制试验

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首次发布时间：2023-09-18

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