动力电池外部短路试验机

电池针刺试验机的工作原理基于模拟电池内部短路的情况。

动力电池是所有新能源汽车的核心部件，与新能源汽车的续航能力和安全性息息相关。动力电池的可靠程度直接决定了新能源汽车是否为广大消费者所接受。德国宝马公司在2013年推出了宝马首台电动汽车i3, 在其动力电池产线上也大规模使用了动力电池激光焊接工艺。为了保证动力电池激光焊接质量与长时间的稳定性，德国宝马公司在近年引入了Ophir公司的BeamWatch激光光束品质分析仪，得以在上料下料时间内即可快速的完成焊接激光综合参数的测量，从而保证每个动力电池的最优焊接质量，并进一步保证了动力电池在整个寿命期间内的安全性。

新能源汽车是目前各国争相发展的关键行业，其中电池及其能量控制系统无疑是是最迫切想要攻克的难题，提高储能密度及使用安全性一直是研究的热点问题。从三元粉末铝箔到正极材料、从石墨铜箔到负极材料、成品电池及电池壳体的激光焊接等等的质量管控都离不开金相设备的助力，之前的文章（世界地球日-助力新能源动力电池金相制备）中我们分享了三元粉末、成品圆柱电池、方形电池壳体的制备方案，今天我们来看看其他一些材料的制备。

蓄电池被业内称之为汽车的“心脏”，会严重影响到全车特性、安全性、续航力等关键指标值，也是反映一台车稳定性、可靠性、耐用性其背后的核心零部件之一。在关乎动力电池的检验中，被测试动力电池包都经过58项规范认证和106项产品标准验证测试，主要包括：过度充电、亏电、短路故障、挤压成型、仿真模拟撞击、环境温度、震动、火烤、密封性、挤压成型等，这种检测目地一方面是提高车辆的可靠性和稳定性，另一方面其实是为了增加其使用期限。

针对动力电池热管理系统用复合相变材料，特别是通过对复合相变材料热性能测试中国内外普遍存在的错误现象进行了分析，列出了各种典型错误现象和错误案例，指出了产生这些错误的主要原因，明确了后续工作的方向和内容。

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随着电动汽车的兴起，新能源电池试验箱在这个行业中也起到了很大的用处，甚至也支撑了很多企业的生产价值。锂电池引起的安全事故大多数都是因为短路而导致的，我们都知道，当电池正负极在电阻很小的情况下，相互连接的是不正常的通电，就像我们常说的短路时，电池里面会产生很大的电流和热量，这样不仅会造成电池寿命严重损害，还会对锂电池内部压力的骤增，而且对于锂离子的化学特征很活泼，会导致电池外壳的爆裂和燃烧的情况发生。那么，我们的试验仪器如何避免这一现象发生呢？下面小编给大家好好的分析：

近年来，随着锂离子电池在动力电池与储能领域方面的广泛应用，高能量密度、高电位与高安全性能已成为未来主要发展趋势。其中，安全性能是锂离子电池的关键性能指标，由于锂离子电池的安全性能问题而引起电磁着火、爆炸造成人身伤害与财务损失的报道屡见不鲜。锂离子电池材料的生产过程中不可避免的会引入一些磁性物质，这些磁性物质以极微小颗粒状态存在。这类磁性物质颗粒会严重影响电池的安全性能与可靠性。磁性物质颗粒在锂离子电池充放电过程中，电解质中的有机物质会以磁性颗粒为基体团聚生长形成棱角或尖刺，同时，这种磁性颗粒会先在正极氧化，再到负极还原，磁性颗粒在运动过程中有可能会刺穿电池隔膜，造成电池内部短路后急剧自放电，引起电池发热、燃烧、甚至爆炸。因此，有必要对正负极的中磁性进行检测和控制。

1.将电池放入高低温试验箱内，通过冷板和热板构成的三明治样结构以及导热液体的循环，使锂电池维持在所需要的测试温度。2.进行低温贮存试验：将温度调至指定低温值（一般为-20℃或更低），将电池在该温度下存放一段时间（一般为2-6小时），然后取出电池，观察其是否发生漏液、短路等异常现象。

锂离子动力电池能量高、体积小、重量轻正在逐步的替代传统的铅酸电池，镍镉电池及镍氢电池，随着锂动力电池的量产，需要严格控制电池原料及电极膜片的水分含量。本实验采用AKF-BT2015C锂电池专用卡尔费休水分仪可测定多种电池原料水分，电解液无需加热可直接进样，磷酸铁锂、石墨、负极片等固态电池材料则需采用卡氏加热法，含水量低于100ppm的样品也能准确定量，实现生产监测控制的目的。

锂离子动力电池能量高、体积小、重量轻正在逐步的替代传统的铅酸电池，镍镉电池及镍氢电池，随着锂动力电池的量产，需要严格控制电池原料及电极膜片的水分含量。本实验采用AKF-BT2015C锂电池专用卡尔费休水分仪可测定多种电池原料水分，电解液无需加热可直接进样，磷酸铁锂、石墨、负极片等固态电池材料则需采用卡氏加热法，含水量低于100ppm的样品也能准确定量，实现生产监测控制的目的。

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“十三五”期间，新能源汽车产业高速发展，在财政补贴、资本涌入及全行业共同推动下，新能源汽车产业规模在持续扩大，电动汽车安全焦虑、里程焦虑等问题逐渐改善，市场接受度也有显著提升。新能源汽车的飞速发展得益于锂离子电池技术的突破。90年代，锂离子电池的问世引发了电子设备的革命。手机、计算机轻便化，MP3、平板电脑等电子设备应运而生，电子消费市场出现前所未有的繁荣。经过多年的发展，锂离子电池的性能得到进一步优化，目前已在3C消费、储能，尤其是动力电池领域得到越来越来广泛的应用。2020年，动力电池领域消费锂电需求高达56%，预计2025年将达到80%，动力电池的需求将在未来成为推动锂离子电池技术完善的主要动力。

从三元粉末铝箔到正极材料、从石墨铜箔到负极材料、成品电池及电池壳体的激光焊接等等的质量管控都离不开金相设备的助力，下面我们介绍下电池各组件的金相制备方案。

本文介绍了岛津MCT-211超微小压缩试验机，对压缩载荷引起的电池结构材料显微状态变化进行观察。通过这项研究证明，岛津MCT-211能够评估在生产和使用过程中受到外部压力作用下，内部结构材料的强度特性

自 1991 年锂离子电池（LIBs） 首次商业化以来， 锂离子电池因其具有比能量高、 循环寿命长、 无记忆效应、 安全性高等优势而迅速占据主流市场。 经过几十年的发展， 我国已成为全球最大的锂离子电池生产国和消费国。 锂离子电池按照应用领域主要分为储能电池、 消费电池及动力电池。 当前消费锂离子电池领域需求已趋于饱和， 随着全球新能源产业的发展， 新能源汽车逐渐成为锂离子电池的大需求产业， 推动了动力锂离子电池产业链的快速发展。

AKF-BT2015C锂电池专用卡尔费休水分仪能自动扣除漂移，操作便捷，能准确可靠地测出锂电池原料常用原料的含水量

锂离子电池安全事故大多以热失控方式发生，其基本特征是：大多由最初的内短路产生热量，由于电池的导热性较差，热量积累推高电池的温度，当温度升高至引发电池内部的链式化学反应时，电池温升将逐渐加速，直至电池内化学反应放热量极大，任何散热手段都无法阻止电池温升，即电池发生热失控。

钠离子电池以其低成本、长寿命和高安全的诸多优势有望在各类低速电动车、数据中心、通信基站、家庭/工业储能、可再生能源大规模接入和智能电网等多个领域快速发展，钠离子动力电池未来发展可期。本试验通过MT-V6自动电位滴定仪来测定某钠离子电池电解液的游离酸含量。

研究LiCoO2(或L1.05Co1/3Ni1/3Mn3O2)/LixC6锂离子电池材料的热分解特性以及锂离子电池在加热、过充、短路等情况下的爆炸机理.实验表明, 50～350℃之间负极表面存在SEI膜的分解、LixC6与电解液乃至LixC6与PVDF等3种放热反应,电解液于178℃时开始放热, Li1-Co1/3Ni1/3Mn1/3O2的热分解反应起始于230℃.锂离子电池在150℃加热时爆炸,1.5C过充至15 min时爆炸,短路情况下不发生爆炸.

在电池制造过程中的引入异物是影响电池品质的一大主要问题。从正极、负极及电芯的生产，到电池模块的组装和测试，电池制造过程的各个阶段都可能混入异物，进而导致各种问题，例如，材料的使用效率降低，电池退化加速，甚至电池发生内短路。因此，全面了解在电池制造过程中可能出现异物的情况是非常必要的。

与用于日常手机和电动汽车的传统锂离子电池相比，固态电池(SSBs)具有重要的潜在优势。在这些潜在优势中，有更高的能量密度和更快的充电速度。由于没有易燃有机溶剂，固体电解质分离器还可以提供更长的寿命、更宽的工作温度和更高的安全性。SSBs的一个关键方面是其微观结构对质量传输驱动的尺寸变化(应变)的应力响应。在液体电解质电池中，正极颗粒中也存在成分应变，但在SSBs中，这些应变导致膨胀或收缩的电极颗粒与固体电解质之间的接触力学问题。在阳极侧，锂金属的电镀在与固体电解质的界面上产生了自己的复杂应力状态。SSBs的一个关键特征是，这种电镀不仅可以发生在电极-电解质界面上，而且可以发生在固体电解质本身、气孔内或沿晶界。这种受限的锂沉积形成了具有高静水压应力的区域，能够在电解质中引发破裂。尽管SSBs中的大多数故障是由机械驱动的，但大多数研究都致力于改善电解质的离子传输和电化学稳定性。为了弥补这一差距，在这篇综述中，美国橡树岭国家实验室Sergiy Kalnaus提出了SSB的力学框架，并审查了该领域的前端研究，重点是压力产生、预防和缓解的机制。相关论文以“Solid-state batteries: The critical role of mechanics"为题，发表在Science。图片具有高电化学稳定性的固体电解质与锂金属和离子电导率高于任何液体电解质的硫化物固体电解质的发现，促使研究界转向SSBs。尽管这些发现已经播下了SSBs可以实现快速充电和能量密度加倍的愿景，但只有充分了解电池材料的机械行为并且将多尺度力学集成到SSBs的开发中，才能实现这一承诺。图片固态电池的前景开发下一代固态电池(SSBs)需要我们思考和设计材料挑战解决方案的方式发生范式转变，包括概念化电池及其接口运行的方式(图1)。采用锂金属阳极和层状氧化物或转化阴极的固态锂金属电池有可能使当今的使用液体电解质的锂离子电池的比能量几乎增加一倍。然而，存储和释放这种能量会伴随着电极的尺寸变化：阴极的晶格拉伸和扭曲以及阳极的金属锂沉积。液体电解质可以立即适应电极的体积变化，而不会在电解质中积聚应力或失去与阴极颗粒的接触。然而，当改用SSBs时，这些成分应变、它们引起的应力以及如何缓解这些应力对于电池性能至关重要。SSBs中的大多数故障首先是机械故障。SSBs的成功设计将与材料如何有效地管理这些电池中的应力和应变的演变密切相关。要在SSBs中实现高能量，最重要的是使用锂金属阳极。从以往来看，锂金属阳极一直被认为是不安全的，因为锂沉积物有可能生长，锂沉积物会穿透电池，导致短路和随后的热失控。解决锂生长问题最有希望的解决方案是使用固态电解质(SSE)代替液体电解质，因为它具有机械抑制锂枝晶渗透的潜力。然而，原型固态锂金属电池的实际经验表明，即使是强的电解质材料，锂也具有不同寻常的渗透和破裂倾向。解决阴极-电解质界面和锂-电解质界面挑战的关键是清楚地了解涉及电池相关长度尺度、温度和应变率的所有材料的力学原理。图片图 1.锂金属SSBs及其相应的力学和传递现象的示意图【SSBs中运行的压力释放机制】由于锂传输和沉积不可避免地会产生局部应力，因此考虑锂金属和SSE中可能的应力消除机制至关重要。目标是激活非弹性或粘弹性应变以降低应力大小。这种激活机制在不同类别的固体电解质和金属锂中是不同的。固态电解质是否能够管理由氧化还原反应施加的应变引起的应力将取决于在所施加的电流密度(应变率)和工作温度下操作应力消除机制的可用性。当非弹性流无法在特定的长度和时间尺度下激活时，应力通过断裂进行释放。图片图 2.锂金属的长度尺度和速率依赖性力学【陶瓷的塑性变形】SSBs中的主要应力来源包括(i)Li镀入固体电解质中的缺陷，(ii)由于固体电解质约束的阴极颗粒膨胀而产生的应力，以及(iii)外部施加到电池上的应力(典型的应力)。SSBs工程的目标是采用能够在SSBs中可逆变形并限制应力而不产生断裂的电池材料组合。虽然通过扩散流或位错滑移来限制应力累积是金属锂的合适机制，但陶瓷电解质在室温下不会激活滑移系统，而是会断裂。在这种情况下，材料的增韧不是通过位错的产生而是通过移动现有位错来实现的。因此，关键是有意在材料中引入高位错密度，以便有可能在裂纹端周围的小体积中找到足够的位错(图 3)。具有高抗断裂性的非晶固体电解质的一个例子是锂磷氮氧化物(Lipon)。使用这种非晶薄膜固体电解质构建的电池已成功循环超过10,000次，容量保持率为 95%，并且没有锂渗透 (6。此外，已证明电流密度高达10 mA/cm2。对无定形Lipon力学的研究有限，但表明制备成薄膜时材料坚固。Lipon具有一定程度的延展性。这种延性行为在中得到了进一步揭示，表明Lipon可以在剪切中致密和变形以降低应力强度。图片图 3.通过非晶材料中的致密化和剪切流动触发塑性，并通过在结晶陶瓷中引入位错来增韧，从而避免断裂对离子传导非晶材料和玻璃的变形行为和断裂的研究相当有限。然而，在Lipon中，室温下观察到与LPS玻璃类似的部分恢复。根据分子动力学(MD)模拟，有人提出Lipon中的致密化是通过P-O-P键角的变化而发生的。这种结构变化可能是可逆粘弹性应变背后的原因。然而，由于MD方法无法实现时间尺度，模拟致密化恢复是不可行的。在不需要外部能量输入的情况下至少部分恢复致密体积的能力值得进一步研究。在循环负载下，这种部分恢复会产生类似磁滞的循环行为(图 4)。图片图 4. 在循环加载纳米压痕时，Lipon的形变恢复会导致类似滞后的行为【电化学疲劳】尽管已经在应力消除的背景下讨论了断裂，但断裂的起源通常要复杂得多。在传统结构材料中，循环应力和应变会导致损伤累积，最终导致断裂失效。活性电极材料对由主体结构中锂的重复插入和脱除引起的循环电化学负载做出响应，其方式类似于对外部机械力的循环施加的结构响应。对于阴极，由此产生的变化导致在两个不同长度和时间尺度上不可逆的损伤累积，并由不同的机制驱动：(i)多晶阴极颗粒中的晶间断裂，以及(ii)单阴极颗粒中锂化引起的位错动力学和穿晶断裂。电极颗粒的循环电化学应变导致尺寸变化，足以扩展固体电解质和阴极活性材料之间的界面裂纹。固体电解质内可以产生额外的裂纹，作为界面裂纹的延伸或作为新的断裂表面，作为减少SSBs中大而复杂的应力的方法(图 5)。现有的实验证据表明，大多数此类界面破裂发生在第一个循环内，并导致初始容量损失。然而，这种裂纹的演变可能是一个循环过程，让人想起疲劳裂纹的扩展；目前，还没有足够的实验信息来自信地支持或拒绝这一假设。图片图 5.复合固态阴极的疲劳损伤【固体电解质中的锂增长】根据目前对固体电解质失效的理解，裂纹的形成对锂通过陶瓷电解质隔膜的扩展起着重要的作用。大多数锂诱导失效的理论处理都认为锂丝是从金属-电解质界面向电解质主体传播的(模式I降解)。然而，锂的还原和随后的锂沉积很容易发生在电解质内，远离与锂的界面(模式II降解)。最后，可以想象这样一种情况，即锂沿着多晶陶瓷电解质的晶界均匀地沉积，从而穿过电解质而不需要裂纹扩展。当电池内施加高电流密度时，这种情况可能会在泄漏电流非常高的情况下发生(图6)。图片图 6.锂通过固体电解质传播的示意图【小结】最近的研究对应变的起源以及SSBs各组成部分的应力消除机制提供了洞察力。最重要的经验之一或许是，在较小的长度范围内，锂的强度是块状锂的100多倍，因此无法放松在锂电镀过程中在界面上积累的应力。这就需要通过固体电解质释放应力，通常会导致失效。电池因锂离子扩散导致电解质破裂而失效，这是最关键的失效类型，也是最常研究的导致短路的失效类型。与突然短路相比，充放电循环下电池容量的降低虽然不那么明显，但仍具有很大的危害性，这与阴极/固体电解质界面裂纹的形成有关。这两种失效模式都与锂、固体电解质和正极活性材料的长度尺度和额定力学以及它们在不断裂的情况下耗散应变能的能力直接相关。尽管在了解这些关键材料的应力释放方面取得了很大进展，但我们的认识仍然存在很大差距。该研究对SSBs力学进行了综述，并为构思和设计机械稳健的SSBs搭建了一个总体框架，即：(i)识别和理解局部应变的来源；(ii)理解应变产生的应力，尤其是电池界面上的应力，以及电池材料如何应对应变。

通过图像分析，失效的电池会出现“枕突”的迹象，最终可能导致起火或爆炸。经过多次谨慎测试分析，主要是电池的问题，是因为负极板受到了挤压，一部分电池因为绝缘胶带稀薄，造成了短路，导致手机自燃现象的发生。可见，X射线三维CT检测技术在锂电池检测领域，具有重要的意义。

摘 要：本文介绍使用鲲鹏BOYI 2025电子万能试验机进行锂电池隔膜试样拉伸试验的示例。该示例主要用于对锂电池隔膜力学性能的评估，可为产品开发、品质管理、制造工艺设定、性能鉴别等提供可靠数据。关键词：BOYI 2025精密万能试验机 锂电池隔膜 拉伸试验锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池隔膜（Lithium ion battery separator），在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。锂电池隔膜的要求：

隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构,进而决定了电池容量、安全性能、充放电密度和循环性能等特性。因此需满足如下一些特性1、好的化学稳定性一耐有机溶剂 2、机械性能良好一拉伸强度高,穿刺强度高 3、良好的热稳定性一热收缩率低，较髙的破膜温度 4、电解液浸润性一与电解液相容性好,吸液率高。 三氧化二铝作为一种无机物,具有很高的热稳定性及化学惰性,是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。陶瓷涂覆特种隔膜特别适用于动力电池，它是以PP,PE或者多层复合隔膜为基体,表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料,经过特殊工艺处理,和基体粘接紧密，显著提高锂离子电池的耐髙温性能和安全性。为了尽量减少在制造陶瓷涂覆隔膜时使用易燃、有毒、昂贵和非环境有机溶剂，目前人们开始广泛使用水性陶瓷浆料，但水性陶瓷浆料的主要问题是分散稳定性差。水性陶瓷浆料的稳定性受到多种因素的影响，本文研究了不同组分（粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC）、无机粉体Al?O?、表面活性剂磺基琥珀酸酯（DLSS））的添加顺序对其稳定性的影响。

隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构,进而决定了电池容量、安全性能、充放电密度和循环性能等特性。因此需满足如下一些特性1、好的化学稳定性一耐有机溶剂 2、机械性能良好一拉伸强度高,穿刺强度高 3、良好的热稳定性一热收缩率低，较髙的破膜温度 4、电解液浸润性一与电解液相容性好,吸液率高。 三氧化二铝作为一种无机物,具有很高的热稳定性及化学惰性,是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。陶瓷涂覆特种隔膜特别适用于动力电池，它是以PP,PE或者多层复合隔膜为基体,表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料,经过特殊工艺处理,和基体粘接紧密，显著提高锂离子电池的耐髙温性能和安全性。为了尽量减少在制造陶瓷涂覆隔膜时使用易燃、有毒、昂贵和非环境有机溶剂，目前人们开始广泛使用水性陶瓷浆料，但水性陶瓷浆料的主要问题是分散稳定性差。水性陶瓷浆料的稳定性受到多种因素的影响，本文研究了表面活性剂浓度对其稳定性的影响。

清洁能源技术是世界各国关注的热点，主要的发达国家都在大力推动电动汽车的发展，以期取代燃油车。电动汽车的发展离不开动力电池技术的进步，正极材料是动力电池的研究重点。寻找合适的成分体系一直是产业界和学术界的重要研究课题，相关的技术沿着降钴增镍、提高容量、稳定性和循环性能的方向发展。另外，有研究表明， 多晶正极材料的稳定性及循环性能不如单晶正极材料 [1]。国内多家企业将单晶正极材料作为自己的拳头产品，但多晶正极材料成本较低，仍然属于市场主流产品。优化结构以提高性能是多晶正极材料研究的重要方向。

MicroTrace OVA 是一款适用于工业水质重金属实时监测预警和工业过程控制的在线式分析仪，可用于监测各种类型水体，仪器维护简便，支持多种数据通讯协议。OVA采用模块化设计，可灵活配置，同时监测最多10种重金属元素，可针对新能源电池制造行业所涉及的镍、钴等非常规重金属元素进行准确检测。仪器可24小时全天候运行，对水中重金属进行自动监测和预警，保护水源不受污染。

随着现代电子信息技术产业的飞速发展，电池在工业、国防、科技、生活等领域的应用越来越广泛，这使得电池的市场需求不断提高。电池在生产制造过程中引入的异物及杂质是影响电池品质和性能的一大主要问题。从正极、负极及电芯的生产，到电池模块的组装和测试，电池制造过程的各个阶段都可能混入异物及杂质，进而导致各种问题。例如，电池材料中引入金属杂质，可造成电池自放电的严重问题。电池材料中的异物及杂质会使电池的使用效率降低，性能退化加速，甚至电池发生内短路。因此，全面研究分析电池中出现的异物及杂质是非常必要的。如何快速分析电池材料中的异物及杂质成为人们关注的重点。本应用将以出现异物的钠离子电池正极材料为例，展示如何通过XPS来实现对电池材料中异物成分的快速分析。

本文介绍使用岛津电子万能试验机AG-X 50N，进行锂电池隔膜试样拉伸试验的示例。该示例主要用于对锂电池隔膜力学性能的评估，可为产品开发、品质管理、制造工艺设定、性能鉴别等提供可靠数据。