三星电池爆炸部分在隔离膜上 裸电芯绝缘检测不容忽视

锂离子电池，全称锂离子电池，在放电时候，锂离子从负极到正极，最终嵌入正极;充电时候，锂离子从阴极到阳极，最终嵌在负极石墨上。

锂离子来回摇摆，正负极始终不相接触，通过外电路相连，在锂离子迁移的同时，外电路相应的电子运动，出现电流。这就是电池的基本奥义，可充电放电。假如正负极直接接触，造成短路，电能转换成为热能，就会造成短时间温度飙升失控，进而燃烧爆炸。防止电池内部阴阳极短接保证电池使用安全，这就是电池的第二奥义。电池中，隔离阴阳极的组件称为隔离膜(板)，它是一层具有一定强度的多孔结构高分子聚烯烃膜，也就是一层有孔的塑料。

电池在长期使用过程中，因为充放电时正极负极材料的微观结构变化的不可逆，导致整个电芯体系的体积会有所增大，特别是高能量密度和快速充电的电池。高能量密度电芯设计会采用克容量(单位重量可充电量)更高的正负极材料，这些材料的特性之一就是嵌入锂离子时体积增大程度更甚。电芯膨胀会对隔离膜出现一个挤压/拉伸用途，这时候隔离膜有较大的破损风险。这次烧的三星note7电池，在现在主流手机厂商/型号中，能量密度是最高的(见下表，数据来自各官网资料)，还都使用了1.2C快充。风险不可谓不高。按照三星之前的分析，SDI电池起火的有一部分原因就坏事在隔离膜上。

主流厂商电池比较

一个是电芯隔离膜Overhang不够，一个是电池在充放电时候，因为异物颗粒的缘故，隔离膜受到挤压，导致隔离膜片破损。电池设计制造从业者应该从一开始就识别出这种安全风险高的缺陷，并加以防控。特别是关于动力锂电池来说，几十甚至上百倍的单体容量，一旦发生短路，出现的能量失控释放后果是更加严重。

Overhang，是指隔离膜多出正负极极片之外的部分，一般会根据电池极片的宽度加上相应的设计余量来规定。Overhang的设计要考虑电芯制造过程和使用过程中隔离膜的尺寸变化。

比如，现有锂离子电池体系关于电芯内部的水含量要求比较严格，因为水分会导致电池在充放电时候出现更多的副反应，消耗电解液，损坏正负极活性表面，改变活性物质结构等，使电池的可充放电性能下降，缩短电池使用寿命。

所以，电芯都会有一个高温除水的工序，这时候，聚烯烃隔离膜因为热记忆效应，会出现热收缩，造成尺寸减小，阴阳极接触的风险会新增!另外再说异物颗粒。电芯在整个制造过程中，非常容易带入异物颗粒，比如：隔离膜来料异物，隔离膜处理引入，正极负极颗粒掉落，机器磨损出现金属颗粒，空气尘埃，员工操作引入等。这些颗粒由于导电性能，颗粒大小，颗粒硬度，颗粒表面几何形状等，挤破隔离膜的风险也不尽相同。异物颗粒较多的电池，往往电压降较快，使用寿命较短，随着电池使用时间的新增，这种电芯短路燃烧的风险也更大。如此大的短路风险，是否有方法能够识别呢?

参考沿用电子电器行业的绝缘性测试方法，现在大部分的电池厂都会对电芯进行绝缘性测试。美标/国标针对电器的绝缘性测试是一个击穿测试，在受测元件的两端加上一个高电压，假如绝缘隔离单元存在缺陷或者绝缘性能不够，就会出现漏电流，视为导通，记录击穿电压。一般绝缘线缆的击穿电压要求在2000V以上。电芯进行绝缘性测试时，是进行耐压测试，通常是规定一个电压，加载在电芯两端，假如电芯阻值小于某个规定值，即视为短路。

关于隔离膜存在缺陷或者因为Overhang不足导致阴阳极直接接触的情况，这时候的短路电阻一般都在kohm级别以下。关于存在异物颗粒，特别是导电性较好/危险系数较高的金属颗粒的情况下，其检出电阻一般在快接近Mohm级别的水平。耐压测试一般被认为是无损测试，其测试过程可以等效为一个电容充电过程，在撤去测试电压后，携带电荷会很快散尽。但是在导电颗粒存在的地方，甚至会形成畸变电场，出现尖端放电，将隔离膜击穿，电压越高，这种表现越明显，颗粒检出的概率就越高。