内部缺陷引起的锂电池内短路

锂离子电池内短路是指电池内部正负极之间或正负极与电池壳体之间发生直接接触，导致电流短路流过的现象。内短路的发生可能会引发电池的过热、爆炸甚至火灾等严重后果，对人身安全和财产造成巨大威胁。

其中内短路成因主要有内部缺陷、热滥用、电滥用、机械滥用四部分。本文重要讲述内部缺陷造成内部短路的机理和成因，后续文章会对另外三种原因进行阐述。

电池内部缺陷与电芯的设计结构和制造工艺密切相关，在生产过程中出现电池内部的物理或化学缺陷。

一.物理内短路：

金属颗粒缺陷并不像热滥用、机械滥用一样，可以在外部特性上显示出明显的异常变化。电极浆料、隔膜、电解液、生产环境（粉尘）、生产设备（金属磨损颗粒）引入的导电金属颗粒（如铜、铁、镍、锌、铝等）这些导电颗粒可能在制造过程中（如涂布、辊压、分切、卷绕/叠片）嵌入电极或隔膜中，或残留在极片表面、极耳区域。

较大的金属颗粒可能直接刺穿隔膜，导致正负极之间发生短路。这种情况下，金属颗粒的尺寸是一个关键因素。如果颗粒足够大，它们可以穿透隔膜并直接接触到对面的电极，从而形成短路通道。

极片切割（分切、模切）过程中产生的金属毛刺（尤其是负极铜箔和正极铝箔）毛刺突出于电极边缘或表面。在卷绕或叠片过程中，或电池受到挤压、振动时，毛刺可能刺穿隔膜，直接接触对面电极，造成短路。

局部区域活性物质涂覆过薄或缺失，导致金属集流体暴露。在辊压或干燥过程中，涂层产生裂纹甚至剥落，暴露出集流体。暴露的集流体区域（特别是正极铝箔和负极铜箔）如果在装配后与对面电极距离过近（尤其在有隔膜缺陷的区域），或在外力作用下接触，会形成短路点。

在充电过程中，正极电位升高，金属颗粒可能会溶解。溶解后的金属离子通过电解液扩散到负极，在负极表面析出并堆积。随着时间的推移，这些沉积物可能会增长并最终刺穿隔膜，形成短路。这种机理涉及金属颗粒的溶解、离子的迁移和沉积过程。

正极材料（尤其是富锂、高镍、锰酸锂）在高电压或高温下不稳定，过渡金属离子（Mn²⁺最常见）溶解到电解液中。溶解的金属离子迁移穿过隔膜到达负极。在负极表面被还原沉积成金属颗粒。如果沉积在隔膜内部或靠近隔膜的位置，持续生长可能刺穿隔膜。

如石墨负极倍率性能不足或硅负极体积膨胀大导致SEI破裂，局部电流密度过高。金属锂枝晶不断生长，最终穿透隔膜，接触正极材料，形成电子通路。即使未完全穿透，靠近隔膜的枝晶也大大增加了短路风险。此过程尤其在过充或低温或大倍率下易出现，但也会由于前期设计影响一定程度。