內(nèi)短路是鋰離子電池最為嚴(yán)重的安全事故，一旦鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路則會在短路點附近短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生熱失控。機械濫用測試是檢驗鋰離子電池在內(nèi)短路安全性的有效方法，而擠壓測試和針刺測試是模擬鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路的常用方法。

     美國桑迪亞國家實驗室的JoshuaLamb（第一作者，通訊作者）采用鈍頭細(xì)桿擠壓的方式觸發(fā)鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路，這種方法只會造成電池最外幾層的電極發(fā)生短路，而不會對鋰離子電池造成嚴(yán)重的損害，研究發(fā)現(xiàn)圓柱形鋰離子電池中間的支撐鋼芯對于鋰離子電池的內(nèi)短路行為有著重要的影響。

常規(guī)的針刺測試會在短時間內(nèi)穿透多層電極，造成大面積的短路，而常規(guī)擠壓測試雖然能夠引起局部發(fā)生短路，但是會對鋰離子電池的結(jié)構(gòu)造成巨大的破壞，因此這兩種傳統(tǒng)的內(nèi)短路模擬方法都不能很好的對鋰離子電池內(nèi)短路行為進行還原。作者在這里采用了由美國保險協(xié)會和NASA共同開發(fā)的一種鈍頭細(xì)桿擠壓的方法對鋰離子電池進行測試，這種方法能夠使得鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路，但是又不會導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生嚴(yán)重的損壞，因此能夠更好的模擬鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路的情況。

實驗中作者作者共采用三種電池，一款來自LG的ICR18650 S3電池，容量為2200mAh，一款來自松下的CGR18650CG電池，容量2200mAh，一款來自AA移動電源公司的軟包電池，容量3000mAh。其中兩款18650電池的CT掃描結(jié)構(gòu)如下所示，從圖中能夠看到兩者之間主要差別體現(xiàn)在松下公司的18650電池中間存在鋼芯，對電池起到支撐作用。

實驗中采用的鈍頭細(xì)桿結(jié)構(gòu)如下圖所示，細(xì)桿的直徑為3mm，擠壓的速度2mm/min，直到電池的電壓下降100mV擠壓停止，擠壓的方向分別設(shè)置為水平擠壓和垂直擠壓。

下圖為在垂直方向上對LG的18650電池進行擠壓測試，從圖中能夠看到在擠壓開始的時候并沒有對電池的電壓和溫度產(chǎn)生顯著的影響，直到擠壓的深度達到了10.7mm，電池突然發(fā)生硬短路，電池電壓突然降低，隨后電池溫度急劇升高，最高達到470℃，電池發(fā)生熱失控，CT掃描發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)部存在Al顆粒，表明熱失控時電池內(nèi)部的溫度超過了660℃。

如果我們將擠壓的方向從垂直方向變?yōu)樗�平方向（如下圖所示），我們能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)擠壓量為5.4mm時，電池突然發(fā)生硬短路，隨后電池溫度繼續(xù)升高，最高達到455℃，電池發(fā)生熱失控。

在針對LG的電池擠壓測試中作者還發(fā)現(xiàn)了少數(shù)（<25%）的電池并沒有直接發(fā)生硬短路，而是發(fā)生了軟短路（如下圖所示），當(dāng)擠壓量到5.7mm時，電池電壓突然下降到1.6V左右，電池溫度最高升高到了95℃，但是當(dāng)擠壓力解除以后電池的電壓又恢復(fù)到了3.1V，表明短路點的阻抗比較大，同時我們從CT掃描圖能夠看到電池中心由于沒有支撐，因此電芯向內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的變形，因此這可能吸收了一部分?jǐn)D壓力，從而避免了電池發(fā)生硬短路。

下圖為松下18650電池在水平方向上的擠壓測試結(jié)果，從圖中能夠看到該電池在擠壓量達到4.1mm時發(fā)生了突然的硬短路，電池迅速下降為0，電池溫度快速升高，最高達到了600℃，比LG的電池高出150℃左右，這主要是因為松下的18650電池采用了熱穩(wěn)定性較差的LiCoO2材料，而LG的電池則采用了混合金屬氧化物材料（具體成分未知）。松下電池發(fā)生短路的變形量比較小主要是因為電池中心支撐鋼芯的存在限制了電極向內(nèi)塌縮，因此更小的變形就引起了電池內(nèi)短路。

為了驗證這種鈍頭細(xì)桿擠壓測試的效果，作者采用傳統(tǒng)的針刺實驗對鋰離子電池進行了測試，從圖中能夠看到無論是電壓變化，還是溫度升高曲線，兩者都非常接近，但是LG電池在針刺測試中電池的溫度會更高（662℃），這也表明鋰離子電池在安全測試中的表現(xiàn)不僅僅與電池選擇的材料體系有關(guān)，也與選擇的測試方法有關(guān)。

下圖為LG和松下的18650電池在水平方向上采用鈍頭細(xì)桿擠壓的電池溫度和電壓變化曲線，測試時的環(huán)境溫度為60℃，從圖中能夠看到LG的電池表現(xiàn)出一個相對溫和，電池最高溫度僅為110℃左右，并且隨著壓力去掉后，電池的電壓出現(xiàn)了明顯的回升，這可能是由于在60℃較高的溫度下，電池內(nèi)部材料的機械特性出現(xiàn)了明顯的變化，特別是隔膜更容易受到溫度的影響，而LG的電池中間沒有鋼芯支撐，因此電芯能夠通過向內(nèi)塌縮的方式吸收部分形變，從而使得硬短路轉(zhuǎn)變?yōu)檐浂搪贰?/span>

相比之下，松下電池在鈍頭細(xì)桿擠壓測試中表現(xiàn)的熱失控行為更加劇烈，擠壓中電池電壓突然降低到0V，電池溫度快速升高，最高溫度達到了350℃左右，這一方面與其電芯中間存在鋼芯限制了電芯向內(nèi)塌縮變形，從而使得電池短路更為嚴(yán)重，另一方面也與松下的18650電池采用了熱穩(wěn)定性比較差的LiCoO2材料有關(guān)。

通過上述在60℃環(huán)境下的鈍頭細(xì)桿擠壓測試能夠發(fā)現(xiàn)，高溫下進行測試的結(jié)果與常溫下進行測試的結(jié)果存在明顯的區(qū)別，對于LG的電池，高溫使得熱失控的劇烈程度明顯降低，而松下的電池則更快的發(fā)生了內(nèi)短路。

擠壓導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)短路的機理是擠壓過程中對隔膜的破壞，因此鋰離子電池結(jié)構(gòu)對于擠壓測試的結(jié)果有很大的影響，特別是在高溫下，隔膜的強度降低，對于沒有鋼芯的電池而言，隔膜變軟能夠承受更大的變形，從而將內(nèi)短路的劇烈程度降低，而對于有鋼芯的電池而言，擠壓時電芯變形的空間很小，因此高溫下電池隔膜強度降低時，抗擠壓的能力顯著減弱，因此反而會導(dǎo)致內(nèi)短路的劇烈程度增加。