电芯防“内短路”设计一览

锂电芯的防短路设计是电池安全的核心，贯穿于材料选择、结构设计、制造工艺和质量控制的全过程。短路是导致热失控甚至起火爆炸的最主要诱因之一，因此防短路设计至关重要。以下是内部防短路设计 (防止电芯内部正负极直接接触)梳理

1.隔膜技术 (最核心的物理屏障)

①高强度基膜：使用高强度聚烯烃材料（如PE、PP或PE/PP复合）制造隔膜，具有足够的机械强度抵抗枝晶穿刺和外部挤压。
②陶瓷涂层隔膜：在基膜单面或双面涂覆氧化铝、勃姆石等无机陶瓷颗粒。这是当前主流的高安全性隔膜技术，显著提高隔膜的热稳定性（防止高温收缩）、机械强度（防刺穿）、润湿性和电解液保持能力。即使局部温度升高，陶瓷层也能维持隔膜结构完整性，阻止大面积短路。
③聚合物涂层隔膜：涂覆PVDF、芳纶等聚合物，增强粘接性、润湿性和热稳定性。
④高闭孔/破膜温度设计：优化隔膜材料，使其在较低温度下闭孔（阻止离子通过，增加内阻），在更高温度下才破膜（物理阻隔失效），为安全系统响应争取时间。
⑤高孔隙率与均匀性：保证离子电导率的同时，确保孔隙分布均匀，避免局部弱点。

2.电极边缘处理与毛刺控制

①精密裁切：使用高精度激光切割或模具裁切，确保极片边缘光滑无毛刺。毛刺是刺穿隔膜导致微短路的主要风险源。
②边缘涂层：在极片切割边缘涂覆绝缘材料(如陶瓷浆料、特殊聚合物)，物理覆盖可能存在的微小毛刺，形成额外的绝缘保护层。
③毛刺在线检测与管控：在制造过程中实施严格的毛刺尺寸检测（如机器视觉、激光测量），并控制在微米级别以下。

3.金属异物控制

①超高洁净度生产环境：电芯制造必须在千级甚至百级无尘车间进行，严格控制环境中的金属粉尘。
②原材料纯化与管控：对正负极活性材料、导电剂、集流体（铜箔/铝箔）等进行严格的金属杂质含量检测和控制（通常要求达到ppm甚至ppb级别）。
③生产设备防金属污染：设备设计采用非金属或低磨损材料，避免金属部件摩擦产生碎屑。使用磁棒、金属探测器等在线检测和吸附装置。
④全过程异物监控：在涂布、辊压、分切、卷绕/叠片等关键工序设置金属检测设备(如X-ray)，及时发现并剔除含异物的半成品。

4.内部结构设计优化

①卷绕/叠片工艺优化：确保卷绕张力均匀、对齐度精确，避免极片扭曲、错位导致局部受压过大或直接接触。叠片工艺更有利于应力均匀分布。
②“Overhang” 设计：负极片（或隔膜）的尺寸设计略大于正极片，确保在任何情况下，正极片活性区域都被负极或隔膜完全覆盖，杜绝正极集流体（铝）直接接触负极材料（碳）导致短路的风险。这是基本且关键的设计原则。
③极耳位置与绝缘：优化极耳引出位置和方式，确保极耳与对面电极或壳体之间有足够且可靠的绝缘(如使用绝缘胶、隔膜包裹)。
④应力仿真与优化：利用CAE仿真分析电芯在充放电膨胀、外部挤压等工况下的内部应力分布，优化结构设计避免应力集中点压溃隔膜。