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穿刺实验概况
针刺实验是业界公认的所有电池安全测试中最严苛的。电池碰撞短路往往不会出现电池贯穿情况,而针刺测试直接刺穿电池,在这样极端的情况下,电池仍能保持稳定,足见其优异的安全性能足以应对日常使用过程中的各种突发情况。
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针刺实验小科普
电池的针刺试验是一种测试钠离子电池内部短路承受能力的安全性测试,可以反映电池的安全性能。因为钠电池在实际应用场合,存在异物刺入电池包内部导致电池发生短路的可能,而针刺测试能够很好地反映电池短路的发生情况。
针刺测试的目的是确保电池包在遭受针刺时能够安全地工作,而不引发灾难性后果。通过该测试,可以评估电池包在面对潜在的针刺风险时的表现,并为设计和改进提供有价值的指导。
根据相关规范蓄电池安全要求中的测试流程如下:先将电池充满电,用Φ3mm~Φ8mm的耐高温钢针,以(25±5)mm/s的速度,从垂直于蓄电池极板的方向贯穿,贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心,钢针停留在蓄电池中观察1h。电池不起火、不爆炸才算合格。
三、针刺触发电池热失控的原理
当钠离子电池发生针刺滥用时,会造成电池内部正负极的直接短路(短路模式包括正极-负极、正极集流体-负极、负极集流体-正极、正极集流体-负极集流体)。当其短路时,会产生巨大的焦耳热,造成电池迅速升温。当电池温度上升至80℃-120℃时,此时负极表面热稳定性较差的SEI开始分解。
SEI分解后又会造还原性强的硬碳负极与电解液直接接触,进入SEI分解-重新生成-再分解的循环过程,使得电解液不断分解产热。
在上述反应的不断产热情况下,温度进一步升高,当温度升高至隔膜融毁温度时,隔膜收缩、熔断,导致正负极活性物质直接接触扩大短路面积,产生更多的热量。随后正极材料开始分解,生成的氧气与电解液开始剧烈反应,并伴随着电解液,粘结剂,外壳包装的反应,温升速率急剧上升,进入热失控状态。
综上,电池在针刺的作用下短时间发生剧烈内部短路,当电池壳体无法承受电池产生的热量和压力时,内部化学物质会瞬间喷射,导致冒烟、起火、甚至爆炸。
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