傳統(tǒng)的電池安全性評估，如擠壓、針刺等僅能對鋰離子電池的安全性做定性的評估，測試結(jié)果也僅有兩個(gè)：通過和不通過，我們無法判斷兩個(gè)通過測試的電池哪一個(gè)安全性更高，也不能判斷沒有通過測試的電池哪一個(gè)安全性更差，這極大的降低了這些安全性測試的參考意義。為了能夠?qū)煽铍姵氐陌踩赃M(jìn)行定量的測試，建立一個(gè)絕對的標(biāo)準(zhǔn)以方便不同種類電池之間相互比較，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Hsin Wang等對傳統(tǒng)的擠壓測試設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，給電池施加了一個(gè)扭轉(zhuǎn)力，以減小電池在測試中受到的破壞，因此能夠?qū)?strong>鋰離子電池的安全性進(jìn)行定量的評估，Hsin Wang還建立了一套評分體系，為鋰離子電池的安全性進(jìn)行打分，以方便不同種類的電池能夠相互進(jìn)行比較。
1.對LFP電池的安全性評估
為了測試上述的改進(jìn)擠壓實(shí)驗(yàn)的效果，同時(shí)評估LFP電池的安全性（由于LFP電池安全性較好，因此僅測試了風(fēng)險(xiǎn)最高的100%SoC狀態(tài)），Hsin Wang針對100%SoC的LFP電池分別進(jìn)行了僅有擠壓測試（左側(cè)）和在擠壓的過程中同時(shí)對電池施加一個(gè)扭轉(zhuǎn)力的測試（右側(cè)）。測試結(jié)果如下圖所示，從測試結(jié)果來看，僅對電池施加擠壓時(shí)，由于電池受到的破壞較大，電池發(fā)生短路后，電池發(fā)生熱失控。而在對電池進(jìn)行擠壓的同時(shí)對電池施加一個(gè)扭轉(zhuǎn)力，降低了擠壓對電池的破壞，內(nèi)短路發(fā)生后，電壓迅速恢復(fù)，沒有發(fā)生熱失控?？梢奓FP電池具有非常優(yōu)異的安全性能，即使在100%SoC狀態(tài)下，也能安然通過擠壓-扭轉(zhuǎn)測試。
在對25Ah的NMC電池?cái)D壓-扭轉(zhuǎn)測試中，發(fā)現(xiàn)50%SoC狀態(tài)下的電池都成功通過了測試，如圖a所示，60%SoC狀態(tài)下的電池有三只通過了測試，如圖b所示，另外的三只沒有通過測試，如圖c所示，可見60%SoC的電池通過測試和不通過測試的概率各為50%，而80%SoC的電池則都沒有通過測試，如圖d所示。由此可見，60%SoC是NMC電池安全性的一個(gè)分水嶺，低于這個(gè)數(shù)值時(shí)電池相對是安全的，高于這個(gè)數(shù)值，則電池在機(jī)械濫用的情況下的安全性將大大下降。
下圖為60%SoC的NMC電池在擠壓-扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中的熱成像圖，從圖中可以看到在短路發(fā)生后，短路點(diǎn)的溫度在0.5S內(nèi)迅速升高到了147.5 ℃，隨后高溫區(qū)域迅速向周圍擴(kuò)展，說明周圍區(qū)域溫度升高并不是由熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的，而是高溫引發(fā)了其他的化學(xué)反應(yīng)。而在80%SoC下，NMC電池發(fā)生熱失控的溫度更高，引起周圍化學(xué)反應(yīng)的速度也更快。
基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Hsin Wang為NMC電池給出了不同SoC狀態(tài)下的安全得分，如下表所示，在該評分體系下我們能夠更加精確的對電池的安全性進(jìn)行評估，例如50%SoC的NMC電池與100%SoC的LFP電池的安全性得分都為100分，因此它們具有相近的安全性。60%SoC的NMC電池安全性風(fēng)險(xiǎn)較高，在機(jī)械濫用的情況下有50%的可能發(fā)生熱失控，而80%SoC的電池安全性風(fēng)險(xiǎn)非常高，機(jī)械濫用情況下發(fā)生熱失控的概率為100%。
Hsin Wang設(shè)計(jì)的針對大尺寸方形電池的擠壓-扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池在機(jī)械濫用情況下的熱失控風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量的分析，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池安全性評估從定性到定量的發(fā)展，以前我們只能說某款電池的安全性是好，還是不好，而采用這種方法后，我們可以說某款電池的安全性有多好、多不好，就如同我們從模擬信號時(shí)代，進(jìn)入到了數(shù)字信號時(shí)代。Hsin Wang設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法還能夠進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，例如實(shí)驗(yàn)的電池的數(shù)量可以更多一些，防止偶然因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，控制實(shí)驗(yàn)條件，例如溫度等，定量評估溫度等因素對電池安全性的影響。
