钠离子电池内短路机理深度解析：从模型构建到安全性能提升

引言

随着锂资源供应链压力持续增大，钠离子电池凭借资源丰富、成本低廉的优势，正加速走向储能和低速电动车市场。然而，钠离子电池的安全性——尤其是内短路（Internal Short Circuit, ISC）引发的热失控问题——仍是制约其大规模商业化的关键瓶颈。热安全团队（thermsafe.cn）长期关注新型电池体系的安全边界研究，本文基于ESST最新发表的研究成果，系统梳理钠离子电池内短路的机理、模型构建与安全提升策略。

钠离子电池内短路的四种模型

参考锂离子电池的内短路研究框架，研究者采用1Ah级软包钠离子电池，通过缺孔挤压试验方案，模拟了四种典型的内短路模型：

• 正极-负极（Ca-An）短路：电流直接流过正负极活性材料
• 正极-负极集流体（Ca-Cu/Al）短路：正极活性材料与负极集流体接触
• 负极-正极集流体（An-Al）短路：负极活性材料与正极集流体铝箔接触
• 集流体-集流体（Al-Cu/Al）短路：两极集流体直接接触

[图：钠离子电池四种内短路模型示意图]

实验结果表明，Al-An短路（负极材料与正极集流体铝箔接触）是四种模型中最危险的模式，其发热量最大、局部温升最高。这一发现对钠离子电池的隔膜设计和极片结构优化具有重要指导意义。

钠电 vs 锂电：热行为关键差异

将磷酸铁锂（LFP）和三元（NCM）体系的锂离子电池与钠离子电池在相同内短路模型下进行对比，发现了一个令人警惕的现象：相同内短路条件下，钠离子电池的温升更高。这主要归因于以下几个方面：

对比维度	锂离子电池	钠离子电池
负极集流体	铜箔（高电导率/导热性）	铝箔（电导率/导热性较低）
短路局部温升	相对可控	显著偏高
热扩散风险	中等	较高

锂电负极使用铜箔集流体，而钠电负极使用铝箔（因钠与铝不形成合金）。铝箔与铜箔在电导率、导热性和化学稳定性方面的差异，是导致钠电内短路温升更高的根本原因。

铜箔替代方案：安全性能的突破性提升

基于上述分析，研究者设计了单因子实验，将钠离子电池负极集流体从铝箔改为铜箔。实验结果显示，这一改变能显著降低钠离子电池内短路过程中的局部温升。进一步采用型号为32700的商业圆柱钠离子电池进行验证，结果表明：

• 使用铜集流体的钠离子电池针刺通过率显著提高
• 热扩散蔓延速度明显减缓
• 电池在机械滥用条件下的安全阈值大幅提升

[图：铝箔和铜箔集流体钠离子电池针刺实验对比图]

对产业化的启示

钠离子电池内短路安全性的研究，为其商业化应用提供了重要的技术依据。热安全团队（thermsafe.cn）认为，虽然将负极集流体改为铜箔会增加一定成本，但从全生命周期安全收益来看，这一改进对于储能电站、电动两轮车等对安全要求极高的场景是不可或缺的。未来，随着钠电专用隔膜、电解液阻燃添加剂和BMS预警算法的协同发展，钠离子电池的安全性能有望达到甚至超越当前磷酸铁锂的水平。

参考文献

钠离子电池内短路模型构建与安全性能提升. 储能科学与技术. https://esst.cip.com.cn/CN/10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.1028