锂电池为什么会短路，如何避免
锂电池着火主要是由于内部或外部的热失控事件，这可能由多种因素引起，包括电芯质量问题、PACK工艺问题、充电器问题以及外部原因等。
韩国锂电池厂着火
一、热失控
电芯质量问题 ：负极容量不足、电芯急剧放电电滥用 ：过充电、过放电、大倍率充电等，这些行为会导致活性物质结构破坏和电解液分解产气，增加电池内部压强，最终可能引发热失控机械滥用 ：如挤压、碰撞、针刺等，这些外力作用可能导致锂电池电芯形变，隔膜破坏，正负极短路，从而诱发热失控热滥用 ：锂电池在高温环境下长时间工作，可能导致极化热、反应热、分解热等，这些热源可能引发热失控PACK工艺问题： 打包结构不易散热或排除电池内部气体，连接结构问题导致内部电芯不均匀老化锂离子电池内的副反应是由电池组方法和连接结构引起
二、枝晶短路
通常认为电池充电过程中，由于锂离子的不均匀沉积导致枝晶形成，从而穿透隔膜，造成正负极之间的短路。
晶枝生长导致活性锂离子减少
枝晶形成原因：
不均匀的锂离子扩散（锂离子在负极表面的扩散不均匀）电流密度过高（加速锂离子沉积负极表面）锂离子沉积导致活性锂离子减少
环境温度过低（降低锂离子的扩散速率）影响： 锂枝晶的形成还会使电池的电化学性能变得不稳定，增加了电池在使用过程中出现故障的概率。
常规解决方法：
使用多极性基团的固体电解质作为负极表面的修饰层（阻止晶枝在负极表面形成）降低金属锂沉积最大限制电流（充电电流监控防止加速沉积）使用固态电解质（阻止锂枝晶的生长和蔓延）引入电解液助剂（使锂离子均匀沉降）三、最新研究结果
然而最新的研究结果表明，锂电池内部短路并非直接由枝晶引起，单纯的晶枝生长并不会刺破电池隔膜。造成隔膜刺破的罪魁祸首是SEI物质沉积相关。
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何为SEI物质： SEI又称固体电解质相界面膜，是由多种成分组成的，这些成分随电解液成分的不同而有所变化。SEI膜的主要成分包括Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇盐和非导电聚合物
SEI膜作用： SEI膜在锂电池中扮演着至关重要的角色。它能够阻止电解液的进一步分解，减少锂离子电池中锂含量的损失，从而对锂离子电池的初始容量损失、循环寿命、倍率性能及安全性等有着重要影响
SEI膜沉积： SEI膜的沉积主要发生在锂离子电池的首次充放电过程中，电解液溶剂和锂盐发生副反应，形成新的化学产物，这些产物在负极表面经过沉淀形成SEI膜，涉及电解液溶剂、锂盐、添加剂、微量空气杂质等成分的还原反应。
SEI膜沉积原因：
温度 ：温度对SEI膜的形成和稳定性有重要影响。低温有利于形成致密的SEI膜，而高温可能导致SEI膜的结构重整，影响其性能。温度对SEI膜生成的影响
电解液盐浓度 ：电解液盐浓度影响SEI膜的组成和性能。不同的锂盐可能导致SEI膜的化学组成和结构有所不同，从而影响电池的性能。还原电流 ：还原电流的大小直接影响SEI膜的形成速率和厚度。SEI膜沉积的危害： 1.大电流导致的不均匀SEI膜，会影响电池的循环性能。
2.加速锂离子沉积，减少锂电池容量，缩短锂电池寿命。
3.阻碍自由锂离子运动，增加电池内阻。
4.形成SEI沉积通路给晶枝通过创造了条件，此项发现意味着，可能是SEI沉积为晶枝穿破理电池隔膜提供了便利，并最终导致了电池短路。
短路机理
四、生活中如何避免锂电池着火
合理控制充电时间 ：避免过度充电，一般建议在8-10小时内完成充电。不在住宅内充电 ：室内易燃物品较多，一旦出现起火事故，容易酿成火灾。不飞线充电 ：飞线充电在天气突变等情况下易酿成火灾。不将电动车停放在狭小空间 ：楼道中的电动车一旦起火，会直接阻断消防逃生通道；而电梯中或室内电动车一旦发生着火，高温及有毒气体会立即导致人员伤亡。尽量避免购买和使用非标电动设备 ：使用非标或超标电动设备会增加风险指数。选购更安全的电池： 选择磷酸铁锂或磷酸锰铁锂电池的电动汽车，铅酸电池的电动自行车，虽然续航会短一些，但是更加安全。不用劣质或者不匹配充电器 ：劣质充电器可能不仅会损伤电池，更有甚可能会使得电池起火爆炸。注意使用温度： 避免长期低温或高温环境下使用锂电池。准备D类灭火器（黄色）： D类灭火器是专门设计用于扑灭轻质金属火灾或可燃金属火灾的灭火器，如镁、钠、铝、钼、锂和钾等金属及其合金。其工作原理是通过化学、物理双机理扑灭易燃金属火灾（扑捉燃烧自由基，切断燃烧反应链，加速金属表面钝化反应终止燃烧）。电动自行车自然
参考资料：
2023年10月7日-The influence of lithium precipitation and SEI film on lithium battery capacity degradation-Hailey2021年5月14日-Cryogenic Laser Ablation Reveals Short-Circuit Mechanism in Lithium Metal Batteries-Katherine L. Jungjohann、Renae N. Gannon锂电科普丨锂电池内部短路分析
锂电科普丨锂电池内部短路分析
摘要
在锂离子电池实际应用中，复杂的充放电工况可能导致过充、过放和过热等问题，进而引发电池性能快速衰退、内部短路以及热失控等严重安全隐患。本文从内短路原理、实验方法、识别方法和预防措施等方面进行深入研究，为锂电池安全识别和防护提供思路。
● 内短路机理研究
锂电池内短路的触发条件主要有三种，分别为机械滥用、电滥用和热滥用。
其中，机械变形和隔膜破裂会引发内短路；电化学过载则会导致电池析锂和枝晶生长，穿透隔膜引起内短路；高温使隔膜大规模收缩也可造成内短路。一旦发生内短路，大电流和大量局部热量的产生将引发热失控，危及电池安全。
内短路存在电池全生命周期范围内，其发展演化过程分为初期、中期和末期。
初期阶段，内短路引起的电压下降较为缓慢，产生的热量较少，很难被及时散去，因此电池温度没有明显变化。这个阶段持续时间较长，且不容易被察觉。
中期阶段，电压下降明显，同时产生的热量增多，但仍然无法及时散去，导致热量积累。电池温度明显升高，这个阶段持续时间较短，特征明显，相对容易被观察到和识别。
末期阶段，电池发生大面积短路，导致电压降为0V。此时瞬间产生大量热量，引发电池热失控。这个阶段持续时间极短且无法阻断，可能导致严重后果。
● 内短路诱发实验方法
下表总结了当前用于诱发锂离子电池内短路的三种主要实验方法，包括滥用条件法、人工设计内部缺陷法和等效电阻法。每种方法的触发机理以及其优缺点如下：
方法各有优劣，研究人员在选择实验方法时应根据具体需求和研究目的来进行评估和选择。
● 内短路识别方法分析
为避免内短路发展到末期阶段发生不可阻断的热失控。现将目前关于内短路识别方法总结归纳为以下5类：
实测数据偏差识别法：建立电池状态预测模型，通过比较实时实测值和模型预测值的偏差来识别内短路。然而，由于初期内短路导致的电压、温度等参数变化微弱，该方法对初期内短路的识别效果有限，且无法应用于并联电池组。
电压信号异常识别法：基于陶瓷隔膜类电池内短路时的电压突降-回升现象，检测电池电压信号是否存在异常现象来判断内短路。但该方法只适用于特定类型的电池，且局限性较大。
电池自放电识别法：内短路会引起不正常的自放电过程，通过检测电池自放电过程是否超出正常范围来识别内短路。然而，该方法无法进行电池工作时的实时识别和并联电池组的内短路识别。
电池的一致性识别法：基于电池单体之间的一致性假设，监测电池单体的参数来判断是否发生内短路。然而，对于初期内短路，该方法识别效果有限，且无法应用于并联电池组。
特殊电路识别法：通过检测电路拓扑结构中参数的对称性变化来准确识别内短路位置。该方法解决了并联电池组内短路的高精确识别和阻值估计问题，但设备成本高且可能影响电池动态一致性。
● 内短路抑制措施
对于抑制和预防电池内短路，主要从电池材料和工艺方面以及电池设计使用方面两个方面进行方法总结。
电池材料和工艺方面：通过改进隔膜和电解液材料，采用耐高温、低自放电率的陶瓷隔膜和阻燃电解液或离子液体电解质，可有效抑制枝晶生长，降低内短路风险。
在正负极涂层上使用低导电性涂层或正温度系数材料，能够降低内短路电流和产热能力，从而降低热失控的风险。
优化生产流程，包括电池单体的集流体涂层、杂质去除工艺等，以确保电池内部结构完整性和金属杂质的去除，防止金属颗粒刺穿隔膜导致内短路。
使用先进的检测技术，监测电池内部结构完整度、加工精度和极片对齐度，以避免潜在内短路风险。
电池设计使用方面：在软件设计方面，通过电池管理系统（BMS）设置合理的电池预警和安全控制策略，实现对电池单体状态的实时监控，及时检测并排除发生内短路的电池单体位置。
通过电芯充放电冗余和均衡设计，减少电池高负荷引发内短路的风险。在硬件设计方面，分层设计电池保险丝，包括电池单体、模组、电池包和整车用电负载保险丝，以及合理设计电池内部冷却和加热系统，增加导热能力，防止因过热或低温充电引起的热失控。
这些方法从不同的角度出发，综合考虑了材料、工艺和设计使用等方面，以最大程度地减少内短路的发生和扩展，提高锂电池的安全性和稳定性。
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