《储能材料与器件分析测试技术》课件-短路测试与分析

短路测试与分析01内短路02外短路01内短路一、内短路锂离子电池的短路可分为外短路和内短路。内短路被认为是导致锂离子电池热失控、起火甚至爆炸的重要原因之一。内短路的诱因和发生机制通常与电池内部的制造缺陷、使用过程中的机械损伤、材料老化、热失控等因素有关。内短路故障诱因一、内短路内短路形成机制内短路指电池内部正负极通过电解质直接连接，致电池失效或热失控。其成因包括：内部缺陷制造过程中结构变形（如隔膜穿孔、厚度不均等缺陷致正负极接触）和引入异物（不规范操作环境致异物入电池内部）。一、内短路内短路形成机制内短路指电池内部正负极通过电解质直接连接，致电池失效或热失控。其成因包括：机械滥用是指在碰撞发生时，强大的外力会造成电池变形和位移。机械滥用主要包括挤压和穿刺，发生机械滥用时，会使电池隔膜穿刺或失效，引发内短路，严重时会导致热失控、着火、爆炸等重大事故。尖锐物体刺入电池内部，直接刺穿隔膜，造成短路。一、内短路内短路形成机制内短路指电池内部正负极通过电解质直接连接，致电池失效或热失控。其成因包括：电滥用过充电和过放电是导致电滥用的主要因素，过充或低温充电时负极表面可能形成锂枝晶穿透隔膜，过充或过放导致电池内部温度升高，电解质产气致隔膜熔化或破裂，引发内短路。一、内短路内短路形成机制内短路指电池内部正负极通过电解质直接连接，致电池失效或热失控。其成因包括：热滥用高温是造成锂离子电池热滥用最常见的原因之一。当电池长时间处于高温环境下时，可能导致隔膜熔化，正负极接触而短路。某些正极材料（如高镍三元材料）在充放电过程中会发生膨胀，长期循环可能导致隔膜受损，形成内短路。一、内短路内短路测试的方法人工设计内部缺陷法记忆合金替代实验：采用记忆性金属合金制作成触发元件，利用其记忆特性，常温时保持表面平整，植入电池样品中，当温度升高时触发元件尖端翘起，刺穿隔膜，实现电池内部正极部分(包括正极极耳、正极集流体、正极活性物质)与负极部分（包括负极极耳、负极集流体、负极活性物质）之间的低阻性短接。杂质颗粒替代实验：在电池内部引入金属颗粒或其他导电材料，通过充放电过程触发内短路。02外短路二、外短路外部短路是动力电池安全事故中最易出现的故障之一，也是触发电池热失控的重要原因之一。外部短路发生瞬间会产生大电流放电，电池内部会发生一系列电化学反应，进而引起一系列连锁放热反应，最终引发电池温度急剧上升，耦合了电滥用与热滥用情况。二、外短路外短路的形成机制外短路是指电池正负极在外部直接连接，导致大电流通过，引发电池过热、失效甚至爆炸。其形成机制包括：外部导电物体意外接触，如金属工具意外接触正负极；连接错误，实验或使用中误接正负极；电池组内部连接故障，电池或导线故障致正负极短接，保护电路失效加剧风险；外部环境因素，潮湿、水浸致正负极经水介质短路，电池表面有导电污染物如盐分。二、外短路测试标准GB31241-2014常温外部短路测试(20±5℃):将电池按照标准规定的试验方法充满电后。放置在20℃±5℃的环境中，待电池表面温度达到20℃±5℃后，再放置30min。然后用导线连接电池正负极端。并确保全部外部电阻为80mΩ±20mΩ。试验过程中监测电池温度变化，当出现以下两种情形之一，试验终止。01电池温度下降到比峰值低20%；02短接时间达到24h。二、外短路测试标准GB31241-2014常温外部短路测试(20±5℃):将电池按照标准规定的试验方法充满电后。放置在20℃±5℃的环境中，待电池表面温度达到20℃±5℃后，再放置30min。然后用导线连接电池正负极端。并确保全部外部电阻为80mΩ±20mΩ。试验过程中监测电池温度变化，当出现以下两种情形之一，试验终止。要求：电池应不起火、不爆炸，最高温度不超过150℃。高温外部短路测试(55±5℃)：步骤和要求同上传感器：配有电压、电流和温度传感器，实时采集电池在短路过程中的电压、电流、温度等参数，并生成测试报表和数据曲线。操作控制：采用PLC电脑软件加触摸屏控制，方便设定和修改测试参数，如短路触发条件、测试时间等，能对试验过程精确控制。二、外短路设备：常温型短路试验机常温型短路试验机主要组成部分：数据采集与控制系统、电路系统、安全防护系统。01数据采集与控制系统：二、外短路设备：常温型短路试验机02电路系统综合多种电池短路试验标准要求而设计，按标准要求短路装置必须符合内阻为80±20mΩ，从而获得试验要求的最大短路电流。二、外短路设备：常温型短路试验机03安全防护系统包括防爆箱、紧急停止装置、气体排放系统、电气保护系统等，确保测试过程的安全可控，防止意外事故的发生。二、外短路常温型短路试验机测试流程接通电源，将设备上的“电源”向下按到开，设备开机后，将看到目录-定值试验画面。在画面中，试验参数有电池表面温度、电压、电流、短路时间。将所要测试电池样品放置到试验机测试箱内按标识连接好正负极，用高温胶带将温控线粘到电池表面，关好箱门，扣好防爆链。打开控制面板上的“电源”开关，使本机控制面板上控制按钮处于通电状态。在控制器上设置短路时间10min。二、外短路常温型短路试验机测试流程常温短路点击控制面板上的“短路开启”按钮，电池开始短路，达到设定时间，停止短路；注意：在测试的过程中仪器出现异常，请打开控制面板上的“急停”开关，使机器迅速停止，异常排除后，再进行测试。读取并记录数据；点击“曲线”按钮可查看实时曲