電池內短路測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電池內短路測試裝置，包括電池及設置于該電池內部的內短路觸發元件，該電池包括分隔正極和負極的隔膜，該內短路觸發元件為片狀結構，包括支撐部和多個形變部，該多個形變部與該支撐部為一體結構，該多個形變部相對于該支撐部相互對稱設置，該形變部具有尖端，該內短路觸發元件具有一觸發溫度，當該內短路觸發元件的溫度等于或高于該觸發溫度時，該形變部向該隔膜的方向發生形變并使該尖端將該隔膜刺穿，從而引發該電池內短路。
【專利說明】
電池內短路測試裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于電池技術領域，具體涉及電池內短路測試裝置。
【背景技術】
[0002]鋰離子動力電池的多數安全問題都可以通過電氣管理或溫度管理等外部措施進行控制或緩解。當今多數電動汽車廠家都在自己的動力電池模塊中應用了此類措施以提高安全性。然而，由內短路引起的熱失控是所有安全問題中最為棘手難解的課題，造成內短路的成因很多，各種不同情況或原因可能引發不同程度的內短路和危險性，它并不能通過現有的電氣管理或溫度管理等外部措施進行有效的控制和緩解。而多數在電池正常使用過程中的安全問題都與內短路相關，不僅在電動汽車領域如此，在其他使用鋰離子電池的領域也是如此，如數碼產品、飛機等。
[0003]目前，內短路的發現和預測依然是電池安全問題中的一個難點。許多標準中的內短路測試方法，如擠壓、針刺、外短路等，由于會在測試過程中破壞電池的完整性，使電池發生嚴重的損毀，從而與實際使用過程發生的內短路具有根本的區別，不能真切模擬電池的內短路狀態。因此，當今內短路測試與研究的主要困難就在于找到合適的方法觸發內短路。
【實用新型內容】
[0004]有鑒于此，確有必要提供一種能真切模擬電池的內短路狀態的電池內短路測試裝置。
[0005]—種電池內短路測試裝置，包括電池及設置于該電池內部的內短路觸發元件，該電池包括分隔正極和負極的隔膜，該內短路觸發元件為片狀結構，包括支撐部和多個形變部，該多個形變部與該支撐部為一體結構，該多個形變部相對于該支撐部相互對稱設置，該形變部具有尖端，該內短路觸發元件具有一觸發溫度，當該內短路觸發元件的溫度等于或高于該觸發溫度時，該形變部向該隔膜的方向發生形變并使該尖端將該隔膜刺穿，從而引發該電池內短路。
[0006]本實用新型所提供電池內短路測試裝置及觸發方法通過溫度變化觸發該內短路觸發元件發生形變將電池隔膜刺穿而引發電池內短路，該方法簡單、方便而且容易操作，該內短路觸發元件不會對該電池的完整性造成破壞，能更真切模擬電池實際使用過程中的內短路狀態，這為電池安全問題研究和電池設計時的安全性能評估、對比提供了一種可靠、高效的內短路觸發方式，對于電池內短路領域的研究，以及電池設計研發和性能對比中的安全性能評估具有關鍵作用。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型第一實施例電池內短路測試裝置的結構示意圖。
[0008]圖2為本實用新型一實施例的內短路觸發元件的俯視圖。
[0009]圖3為本實用新型另一實施例的內短路觸發元件的俯視圖。
[0010]圖4為本實用新型又一實施例的內短路觸發元件的俯視圖。
[0011 ]圖5a為本實用新型一實施例的內短路觸發元件發生形變前的側視圖。
[0012]圖5b為本實用新型一實施例的內短路觸發元件發生形變后的側視圖。
[0013]圖6為本實用新型第一實施例的內短路觸發元件觸發正極材料-負極材料類型內短路的示意圖。
[0014]圖7為本實用新型第一實施例的內短路觸發元件觸發負極材料-正極集流體類型內短路的示意圖。
[0015]圖8為本實用新型第二實施例電池內短路測試裝置的結構示意圖。
[0016]圖9為本實用新型第二實施例的內短路觸發元件觸發正極材料-負極集流體類型內短路的示意圖。
[0017]圖10為本實用新型第二實施例的內短路觸發元件觸發正極集流體-負極集流體類型內短路的示意圖。
[0018]主要元件符號說明
[0019]測試裝置10
[0020]電池100
[0021]正極集流體110
[0022]正極材料層120
[0023]隔膜130
[0024]負極材料層140
[0025]負極集流體150
[0026]內短路觸發元件200
[0027]形變部210
[0028]尖端212
[0029]支撐部220
[0030]如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本實用新型。
【具體實施方式】
[0031]以下將結合附圖詳細說明本發明一種電池內短路測試裝置。
[0032]請參閱圖1，本實用新型第一實施例提供一種電池內短路測試裝置10，包括電池100及設置于該電池100內部的至少一內短路觸發元件200。該電池100包括隔膜130，該內短路觸發元件200為片狀結構，包括支撐部220和多個形變部210，該多個形變部210與該支撐部為一體結構。該多個形變部210相對于該支撐部220相互對稱設置。每個形變部210具有至少一尖端212。該內短路觸發元件200具有一觸發溫度，當該內短路觸發元件200的溫度等于或高于該觸發溫度時，該形變部210向該隔膜130的方向發生形變并使該尖端212將該隔膜130刺穿，從而引發該電池100內短路，該支撐部220不發生形變。該多個形變部210設置在該支撐部220周圍，并對稱設置，優選為具有相同的形狀，使該支撐部220受力均勻，在該電池100中保持位置固定，為該形變部210在形變過程中刺穿該隔膜130時提供支撐力。
[0033]該內短路觸發元件200為一體成型的多邊形片狀結構，與該隔膜130可平行設置。在本實施例中，該隔膜130與該隔膜130直接接觸并層疊設置。該內短路觸發元件200的具有溫度記憶效應，可在該觸發溫度使該形變部210發生形變。該形變部210發生形變時，該形變部210具有該尖端212的一側向該隔膜130的方向進行彎曲，并使該尖端212將該隔膜刺穿，從而引發該電池100發生內短路。該內短路觸發元件200具備能刺穿隔膜130或其他電池100內部元件的強度。該形變部210的長度大于該隔膜130的厚度。可以理解，由于隔膜130的厚度較薄，該形變部210的長度可以較小，如0.5mm?Imm。
[0034]請參閱圖2，在一實施例中，該內短路觸發元件200的支撐部220為矩形。該形變部210為三角形，數量為4個，分別設置在該支撐部220矩形的四條邊上，并且與該支撐部220連接的邊與該矩形的邊長相等。該形變部210向外的角具有該尖端212。優選地，該支撐部220為正方形，該形變部210為等腰三角形或等邊三角形。
[0035]請參閱圖3，在另一實施例中，該內短路觸發元件200的支撐部220為中心對稱的12邊形。該形變部210為三角形，數量為4個，分別設置在該支撐部220的12邊形中呈中心對稱的四條邊上。該形變部210向外的角具有該尖端212。優選地，該形變部210為等腰三角形或等邊三角形。該形變部210向外的角優選為銳角，如30°。
[0036]請參閱圖4，在又一實施例中，該內短路觸發元件200的支撐部220為矩形，該形變部210為直角三角形，數量為4個，分別設置在該支撐部220的四個角上。該形變部210的直角設置在該支撐部220的角上，該形變部210的一條直角邊與該支撐部220的一條邊對齊。
[0037]在一實施例中，該內短路觸發元件200為記憶合金，例如鎳鈦記憶合金，該記憶合金具有一轉變溫度，即該觸發溫度。請參閱圖5，在裝配至該電池100前，將該內短路觸發元件200在該轉變溫度之上加工成使電池100發生內短路時，即該內短路觸發元件200形變后的形狀，然后在該轉變溫度之下將該內短路觸發元件200加工為在該電池100內部未被觸發時的形狀，如圖5a所示。當電池100的溫度達到上述轉變溫度時，該內短路觸發元件200發生形變將隔膜130刺穿使該電池100發生內短路，如圖5b所示，該轉變溫度即為該內短路觸發元件200的觸發溫度。由于該形變部210的數量為多個，在發生形變時，有多個尖端212同時發生形變，在多個位置將該隔膜130刺穿。
[0038]該觸發溫度可高于該電池100的正常使用溫度，低于該隔膜130的熔點，使該內短路觸發元件200在未被觸發時不會影響該電池100的正常使用，而被觸發時，該隔膜130不會熔融，僅由該內短路觸發元件200的形變來控制該電池100發生內短路。優選地，該觸發溫度為55°C至170°C。該電池100的正常使用是指該電池100在電動汽車、手機數碼等產品中未刻意進行加熱狀態下的日常使用狀態。
[0039]該內短路觸發元件200的數量可為一個，該一個內短路觸發元件200可設置在該電池100中的不同位置以實現不同位置的內短路。該內短路觸發元件200的數量也可為多個，該多個內短路觸發元件200可設置在該電池100中的不同位置，使該電池100在多個位置同時引發內短路。
[0040]該電池100包括正極集流體110、正極材料層120、隔膜130、負極材料層140及負極集流體150。該正極材料層120設置在該正極集流體110表面。該負極材料層140設置在該負極集流體150表面。該正極材料層120通過該隔膜130與該負極材料層140間隔設置。該正極集流體110、正極材料層120、隔膜130、負極材料層140及負極集流體150依次層疊設置。該電池100可進一步包括電解質或電解液(圖未示)，設置在該正極材料層120與該負極材料層140之間。該電池100可進一步包括一封裝結構(圖未示)，該封裝結構將該正極集流體110、正極材料層120、隔膜130、負極材料層140及負極集流體150容置其中。該電池100可以為層疊式電池或卷繞式電池。
[0041 ]該內短路觸發元件200可設置在該正極材料層120中、該負極材料層140中、該正極材料層120與該正極集流體110之間、該正極材料層120與該隔膜130之間、該負極材料層140與該負極集流體150之間或該負極材料層140與該隔膜130之間。
[0042]請參閱圖6，該內短路觸發元件200在使用時，由于電池100過充電導致溫度升高或環境溫度過熱而使該內短路觸發元件200的發生形變時該形變部210具有該尖端212的一側向該隔膜130的方向彎曲，從而直接將該隔膜130刺穿引發內短路。在本實施例中，該內短路觸發元件200發生形變時僅將該隔膜130刺穿，從而引發正極材料-負極材料類型的內短路。在僅需要引發正極材料-負極材料類型的內短路時，該內短路觸發元件200的形變部210既可以是絕緣的也可以是導電的，例如可以是由絕緣材料包裹的記憶合金金屬片，只要能夠在刺穿隔膜130時使正負極材料接觸即可。
[0043]請參閱圖7，在另一實施例中，該形變部210尺寸較大，在觸發形變后可以與對面的集流體接觸，當該內短路觸發元件200設置在該負極材料層140與隔膜之間時，該形變部210發生形變時將該隔膜130和該正極材料層120同時刺穿，并與該正極集流體110接觸，引發負極材料-正極集流體類型的內短路；當該內短路觸發元件200設置在該正極材料層120與隔膜之間時，該形變部210發生形變時將該隔膜130和該負極材料層140同時刺穿，并與該負極集流體150接觸，引發正極材料-負極集流體類型的內短路。在該實施例中，該內短路觸發元件200整體具有導電性。
[0044]請參閱圖8，本實用新型第二實施例提供一種電池內短路測試裝置10，結構與第一實施例基本相同，區別僅在該內短路觸發元件200設置在該負極集流體150與該負極材料層140之間，或者設置在該正極集流體110與該正極材料層120之間。
[0045]請參閱圖9，舉例來說，當內短路觸發元件200設置在該負極集流體150與該負極材料層140之間時，該該內短路觸發元件200發生形變時使該多個形變部210具有該尖端212的一側向該隔膜130的方向彎曲，并將該負極材料層140與該隔膜130同時刺穿從而引發內短路。該形變部210的長度大于該隔膜130及該負極材料層140的厚度之和，且小于該隔膜130、該正極材料層120及該負極材料層140的厚度之和。該內短路觸發元件200整體可具有導電性。該內短路觸發元件200發生形變時僅將該負極材料層140與該隔膜130同時刺穿，從而引發正極材料-負極集流體類型的內短路。
[0046]請參閱圖10，在另一實施例中，該內短路觸發元件200整體可具有導電性。該形變部210的長度等于或大于該隔膜130、該正極材料層120及該負極材料層140的厚度之和。該內短路觸發元件200發生形變時將該負極材料層140、該隔膜130、該正極材料層120同時刺穿，并與該正極集流體110接觸，從而引發正極集流體-負極集流體類型的內短路。
[0047]與上述類似地，該內短路觸發元件200可設置在該正極集流體110與該正極材料層120之間，引發正極集流體-負極材料類型或正極集流體-負極集流體類型的內短路。
[0048]使用該測試裝置100進行電池內短路測試時，可使用一加熱裝置(圖未示)對該電池100進行整體加熱并使該電池100整體升溫，從而使該內短路觸發元件200升溫，并使該內短路觸發元件200達到其觸發溫度發生形變從而引發該電池100內短路。
[0049]該內短路觸發元件只要使該尖端將該隔膜刺穿即可，因此所需要的內短路觸發元件的面積很小，遠小于該電池隔膜的總面積，從而使該內短路觸發元件未被觸發時該電池的原有性能不會受到影響。在一實施例中，該內短路觸發元件的面積小于該隔膜總面積的
[0050]不同位置、不同初期規模和不同類型的電池內短路的擴展速度和嚴重程度不同。可以對該內短路觸發元件的材料、形狀、尺寸參數、形變量及電導率進行設計，以及對該內短路觸發元件在電池中的設置位置進行設計，從而實現不同位置、不同初期規模和不同類型的電池內短路，這為電池安全問題研究和電池設計時的安全性能評估、對比提供了一種可靠、高效的內短路觸發方式。該測試裝置及觸發方法對于電池內短路領域的研究，以及電池設計研發和性能對比中的安全性能評估具有關鍵作用。
[0051]另外，本領域技術人員還可在本實用新型精神內做其他變化，當然，這些依據本實用新型精神所做的變化，都應包含在本實用新型所要求保護的范圍之內。
【主權項】
1.一種電池內短路測試裝置，包括電池，該電池包括分隔正極和負極的隔膜，其特征在于，進一步包括設置于該電池內部的內短路觸發元件，該內短路觸發元件為片狀結構，包括支撐部和多個形變部，該多個形變部與該支撐部為一體結構，該多個形變部相對于該支撐部相互對稱設置，該形變部具有尖端，該內短路觸發元件具有一觸發溫度，當該內短路觸發元件的溫度等于或高于該觸發溫度時，該形變部向該隔膜的方向發生形變并使該尖端將該隔膜刺穿，從而引發該電池內短路。2.如權利要求1所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該多個形變部設置在該支撐部周圍，并且該多個形變部具有相同的形狀。3.如權利要求2所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，其特征在于，該內短路觸發元件的支撐部為矩形，該形變部為三角形，數量為4個，分別設置在該支撐部矩形的四條邊上，并且與該支撐部連接的邊與該矩形的邊長相等。4.如權利要求2所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，其特征在于，該內短路觸發元件的支撐部為中心對稱的12邊形，該形變部為三角形，數量為4個，分別設置在該支撐部的12邊形中呈中心對稱的四條邊上。5.如權利要求2所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該內短路觸發元件的支撐部為矩形，該形變部為直角三角形，數量為4個，該形變部的直角設置在該支撐部的角上，該形變部的一條直角邊與該支撐部的一條邊對齊。6.如權利要求1所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該內短路觸發元件與該隔膜接觸并層疊設置，該形變部的長度大于該隔膜的厚度。7.如權利要求6所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該電池進一步包括通過該隔膜分隔的正極材料層和負極材料層，該內短路觸發元件設置在該正極材料層與該隔膜之間，該形變部的長度大于或等于該隔膜及該負極材料層的厚度之和。8.如權利要求6所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該電池進一步包括通過該隔膜分隔的正極材料層和負極材料層，該內短路觸發元件設置在該電池的負極材料層與該隔膜之間，該形變部的長度大于或等于該隔膜及該正極材料層的厚度之和。9.如權利要求1所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該電池進一步包括正極集流體、設置在該正極集流體上的正極材料層、負極集流體和設置在該負極集流體上的負極材料層，該正極材料層與該負極材料層通過該隔膜分隔，該內短路觸發元件設置在該負極材料層與該負極集流體之間，該形變部的長度大于該隔膜及該負極材料層的厚度之和。10.如權利要求1所述的電池內短路測試裝置，其特征在于，該電池進一步包括正極集流體、設置在該正極集流體上的正極材料層、負極集流體和設置在該負極集流體上的負極材料層，該正極材料層與該負極材料層通過該隔膜分隔，該內短路觸發元件設置在該正極材料層與該正極集流體之間，該形變部的長度大于該隔膜及該正極材料層的厚度之和。
【文檔編號】H01M10/48GK205488409SQ201620085617
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月27日
【發明人】張明軒, 歐陽明高, 盧蘭光, 何向明, 劉力碩
【申請人】清華大學