钠离子电池安全警示：Al-An内短路温升为何高于锂电？
钠离子电池安全警示：Al-An内短路温升为何高于锂电？
分类：实验案例 | 来源：热安全团队（thermsafe.cn）
一 钠离子电池的安全之问
在全球锂资源供应日趋紧张的背景下，钠离子电池凭借钠元素的地壳丰度高、成本低廉等优势，正在储能和低速电动车领域快速崛起。然而，钠离子电池的安全性能——特别是内短路行为——是否与锂离子电池相当，一直是产业界和学术界关注的焦点。
热安全团队（thermsafe.cn）注意到，聂阳等研究人员采用1Ah级软包钠离子电池，系统构建了四种内短路模型，并与磷酸铁锂（LFP）和三元（NCM）体系的锂离子电池进行了横向对比，得出了若干重要结论。
[图：四种内短路模型示意图——正极-负极、正极-铜箔、铝箔-负极、铝箔-铜箔]二、四种内短路模型对比
研究团队通过缺孔挤压试验方案，模拟了钠离子电池中四种典型的内短路路径：
| 短路类型 | 短路路径 | 严重程度 | 最高局部温升 |
|---|---|---|---|
| 正极-负极（Ca-An） | 正极材料→负极材料 | 中等 | 中等 |
| 正极-铜箔（Ca-Cu） | 正极材料→负极集流体 | 较低 | 较低 |
| 铝箔-负极（Al-An） | 正极集流体→负极材料 | 最严重 | 最高 |
| 铝箔-铜箔（Al-Cu） | 正极集流体→负极集流体 | 严重 | 高 |
实验结果表明，Al-An（正极集流体铝箔与负极材料直接接触）是四种内短路路径中产热最严重的一种。这一发现具有重要的工程指导意义——在电池结构设计中，应重点防范铝箔与负极材料的意外接触。
三、钠电 vs 锂电：谁更危险？
在相同的Al-An内短路模型下，钠离子电池的局部温升显著高于锂离子电池（LFP和NCM体系）。这一结果令人意外——通常认为钠离子电池的化学活性低于锂离子电池，理论上应更安全。但实际上，钠离子电池的工作电压平台和电解液体系与传统锂电池存在差异，Al-An短路时的短路电流密度和焦耳热效应有所不同。
[图：钠电vs锂电 Al-An短路温升对比柱状图]四、铜箔替代：简单有效的安全升级
研究团队进行了关键的单因子实验：将钠离子电池负极集流体从铝箔更换为铜箔。结果显示，改用铜箔后，钠离子电池内短路过程的局部温升显著降低。进一步使用32700型商业圆柱钠离子电池验证，负极使用铜集流体后针刺通过率大幅提升。
这一改进的技术原理在于：铜的电阻率（1.68×10⁻⁸ Ω·m）虽然高于铝（2.65×10⁻⁸ Ω·m）的反直觉——实际上铝的电阻率更低，但在内短路场景下，铜箔具有更高的热容和更好的热扩散能力，能够更有效地分散短路点的焦耳热，抑制局部热点的形成和扩展。
五、工程启示
热安全团队（thermsafe.cn）认为，钠离子电池的安全设计应重点关注以下几点：
- 负极集流体优先选用铜箔，可显著降低内短路风险
- 隔膜设计需重点防范Al-An短路路径的形成
- 针刺等机械滥用测试应作为钠离子电池出厂必检项目
- 钠电模组级热管理需考虑其更高的内短路温升特性
参考文献
- 聂阳, 何伟, 徐雄文 等. 钠离子电池内短路模型构建与安全性能提升[J]. 储能科学与技术. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.1028