电池的温度和电压变化。

3.3 穿刺实验

针剌试验就是模拟电池的内部短路，电池装配过程中出现的集流体毛刺

 ，隔漠皱褶以

及不良卷绕均可引发内部短路

 ，而外部保护电路也没有办法解决内部短珞问题，因此内部

短路测试对电池的安全性尤为重要。

J．R．Dahn 将 18650 型 LiCoO

2

电池内置一

 个热电偶，

当电池穿钉过程慢速完成，穿钉深度小于

4.5mm 时，钉的温度超过了 600

℃ ；当迅速、深

度地完成穿钉实验

 ，穿钉深度达到 7.5mm 的情况下 ，钉的温度不会超过 140

℃。穿钉过程

缓慢进行，反而内短路时间长

 ，产生的内热较大 ，电池的热失控问题更容易发生 。

电池穿钉产生温度升高主要是电池内部阴阳极膜片、集流体和钉子间发生短路，短路

造成较大的电流，引起穿钉处阴、阳极膜片温度升高。在各种短路模式中，阴极极集流体铝
箔和阳极膜片间的短路是引起电池迅速升温甚至是着火的主要原因。该模式的短路电阻小、
电流大，可以引起穿钉处阳极温度迅速升高，达到锂的着火点

(180

℃)，点燃阳极，进而点

然整个电池。这是引起电池穿钉着火的直接原因和机理

.。

FP/PE/PP 隔膜在穿钉中的行为:聚乙烯隔膜熔点低于聚丙烯，PP/PE/PP 三层复合隔膜

的电池穿钉时当温度升高到聚乙烯熔点后隔膜熔化，钉子周围的隔膜孔闭合，离子通道被
关断，电池内阻增大，电流密度降低，从而可以阻止热失控的发生。

为了降低穿钉后电池的温度，在电池结构设计中并入了铜箔

/隔膜/铝箔这一结构，电

池穿钉后，铜箔铝箔直接短路，由于其短路相对于电池内部其他短路来说电阻很小，可以
分流穿钉后的大部分电流，使得穿钉处的温度降低，电池更安全。

钉子的直径也是影响穿刺效果的一个重要因素。
在穿刺的过程中，当钉子进入电池时就会发生瞬间内部短路。这是因为在钉子与电极

之间形成的回路件的电流会产生大量的热所致。钉子与电极间的接触面积是根据针刺深度的
不同而不同，针刺越浅，接触面积就越小，局部电流密度和产生的热量就越大。当局部产生
的热量导致电解液和电极材料分解时，热失控就会发生。另一方面，如果电池被完全穿透，
则接触面积的增加就会减小电流密度，由于电极与钉子间的接触面积小于其与金属集流体
之间的接触面积，所以内部短路电流比外部短路时要大得多。
（

1）实验两种直径的钉子，检测电池温度和电压变化；

（

2）实验穿刺速度对电池温度的影响

3.4 短路

外部短路主要引起的是电池温度的上升。由于短路产生大电流放电，使电池内部的热

量来不及散发，导致电池温度急剧上升，达到一定温度情况下，引发一系列的放热反应，
从而出现热失控现象。

检测短路过程中电池的电压、温度。检测短路过程中电池的电流变化、现象等。测量短路

电阻。

3.5 过放电

在高电压大型电池应用中，串联电池数量多，在没有单体放电控制的条件下，会出现