锂离子电池凭着高能量密度和优异的循环功能等优势，在3C产品、储能动力电池等方面取得了巨大的成功，可是高能量密度也带来了更大的安全隐患，特别是当发生内短路时，短时刻内锂离子电池部分发生很多的热量，引起电解液、活性物质分化，发生更多的热量，十分简单引发热失控，然后发生严峻的安全问题。针刺试验是现在模仿锂离子电池内短路最常用的一种手法，经过将钢针刺进到锂离子电池内部，引起正负极之间的短路，在部分发生很多的热量，然后完结对锂离子电池内短路的模仿。

　　由于锂离子电池的密封结构规划，使得咱们难以直接对锂离子电池针刺进程进行观测，现在大都的研讨成果是经过监测锂离子在针刺进程中电压、外表温度等信息取得，短少直接的针刺进程中电池内部结构改动数据。近来，日本早稻田大学的Tokihiko Yokoshima（榜首作者，通讯作者）和Tetsuya Osaka（通讯作者）经过高速X射线摄影的办法对锂离子电池在针刺进程中电池内部结构的改动进行了剖析。

　　试验中的电池正极资料为LCO，负极资料为石墨，电解液的溶剂为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，溶剂盐为1mol/L的LiPF6，电池选用的隔阂来自宇部兴产的UP3085，为了满意X射线穿透的需求，Tokihiko Yokoshima对电极结构也进行了特别规划，正极尺度为64 mm × 6 mm，负极尺度为74 mm × 10 mm，电池包含3层负极，4层正极，电池的容量为20mAh，一起为了模仿大容量电池，作者还制作了一个800mAh的软包电池，经过将一个20mAh的电池与之并联构成一个820mAh的电池（如下图所示）。

　　针刺试验中选用的钢针为不锈钢原料，直径1mm，锥角为30度，穿刺速度为10mm/s，下图为820mAh电池在针刺进程中的温度和电压的改动曲线，从下图a能够看到跟着针刺的开端，电池的电压敏捷从4.2V下降到2.0V，一起电池的温度从3s开端快速升高，终究电池发生热失控，并伴跟着很多的烟雾的发生。值得注意的是将20mAh电池和800mAh电池并联起来的Ni极耳在针刺开端1s后就现已被加热到赤色，随后开端走漏气体。电池针刺后25s左右电压根本中止下降，标明此刻电池的电量根本上彻底放光。

　　下图为经过X射线成像技能记载的在针刺进程中电池电极的改动（500帧/秒），从下图能够看到在钢针接触到2、4、6层电极（均为负极）时电池的电压都出现了显着的下降，全体来看跟着钢针穿刺的电极层的层数添加，电池的电压也会继续下降，这首要是由于跟着穿刺深度的添加，短路电阻也在继续下降，然后导致电池的电压快速下降。一起咱们也能够注意到针刺进程中气体发生是从大约2秒之后开端的，这首要是由于气体发生首要是由于短路发生的焦耳热，需求必定时刻的堆集。

　　下图为20mAh电池在短路进程中温度和电压改动，从下图a能够看到在针刺开端后电池的电压从4.2V快速下降到0.6V，随后电压出现缓慢的升高，在第7s时电池的电压康复到1V，然后经过一个细微的下降后稳定下来。可是电池的温度在整个进程中并未见到显着的提高，一起电池也没有产气，电池也没有发生热失控，这首要是由于电池的容量较低，因而内短路进程中发生的焦耳热不足以引发接连的自发放热反应。

　　下图为选用X射线mAh电池在针刺进程中电池内部结构的改动（1000帧/秒），能够看到与820mAh电池相似，当钢针接触到第2层（负极）时（第2秒）电池电压开端出现突降，跟着钢针穿透层数的添加电压继续下降。

　　下图为820mAh电池在针刺试验前后的CT相片，从图中能够看到电池的正极在针刺后现已发生了损坏，正极活性物质从Al箔上发生了剥离。

　　下图为20mAh电池在针刺前后的CT图片，从图中能够看到经过针刺后电极结构根本上没有发生显着的改动，这也标明820mAh电池在针刺后的电极结构损坏并非由于针刺进程引起的，而是由于针刺导致的短路发生的高温引起电解液的快速欢腾，然后导致了活性物质从箔材外表剥离。此外，咱们比照每一层电极针刺孔直径的巨细（如下表所示）能够发现并是不每一层电极的针刺孔都是相同的，第2层电极的针刺孔最大，标明在此处短路发生的热量最多。

　　TokihikoYokoshima的作业让咱们经过更为直接的办法观测到了锂离子电池在针刺进程中内部结构的改动，经过高速X射线成像技能咱们成功的观测到了短路的发生和气体发生两个进程，经过解剖发现锂离子电池不同层之间的短路现象并不相同，特别是第1层和第2层之间短路电流十分大，因而第二层电极的损坏也更为严峻。

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