目前,普遍认为单体电池内部短路可能由以下原因引起:
1)吸附在隔膜表面或单电池外壳顶部和底部的灰尘。在制造环境和工艺控制较差的情况下,焊接产生的大量正负负极粉尘和金属粉尘会通过静电作用形成并吸附在膜片表面。极片本身不够光滑,粉末粘结强度不够,也会造成这种问题。
2)缠绕/叠片时形成的正/负极片错位。
3)金属焊点和极片边缘有毛刺。
4)隔膜两侧形成锂枝晶,由于局部电化学反应或反应不均匀引起的过充而形成锂枝晶。
5)电解质分布不均导致正极/负极片利用率不一致。
锂离子电池巨头索尼公司的锂离子电池在戴尔牌,引发了数起笔记本电脑爆炸和火灾,引起了美和日官员的注意。后来,尽管采用了非常安全的A123磷酸铁锂离子电池,美的丰田-普锐斯混合动力汽车还是被第三方改装并在驾驶时烧毁。2011年,新能源出租车和公交车在杭州,上海和深圳被烧毁
显然,即使采用锂离子电池家族中最安全的磷酸铁锂体系,也无法防止安全事故的发生。
从化学原理分析,锂离子电池的安全性比汽油差。汽油储存在封闭的金属容器中,如果有两种情况,即泄漏(汽油与空气接触)和明火(或火花,触发使用),则非常安全;锂离子电池的能量储存在薄膜的两侧。氧化剂(正极活性物质)和还原剂(负极活性物质)在内部短路(引发应用)的情况下,会同时发生剧烈的化学反应和电化学反应,引起快速发热,可能引发火灾、燃烧和爆炸。至于有机溶剂体系的锂离子电池,更容易燃烧。
在锂离子电池的众多失效模式中,单体电池内部短路无疑是危害最大的,也是最难预测和分析的,所以没有办法通过外部控制电路来保护。内部短路造成的高温高电阻,容易引起电池组连锁反应。