CN101046503B - 一种锂离子电池爆炸原因测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池爆炸原因测试方法，它是通过建立爆炸原因的标准，对发生爆炸的电池的残留物进行收集，然后研磨过筛得到粉体，并对过筛后的产物进行差示扫描量热分析；将分析所得的差示扫描量热分析(DSC)曲线与标准参照图进行比较以确定其爆炸原因。标准参照图是通过分析标准锂离子电池的特定爆炸原因所得到的差示扫描量热分析(DSC)曲线。本发明操作方法简单，分析结果准确，能较好的分辨出锂电池引起的爆炸的原因。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的失效分析测试方法，尤其是利用锂离子电池的爆炸残留物对电池爆炸原因进行分析测试的方法。
背景技术
现在锂离子电池在手机和笔记本电脑上应用的越来越多，已经成为人们生活中的必需品，但是锂离子电池爆炸事件也时有发生，世界各国的锂离子电池研究机构一直致力于解决锂电池爆炸的问题，但到目前为止，一直没有很好的解决办法，还没有哪个公司敢百分之百保证自己生产的电池在客户使用过程中不会爆炸。锂离子电池爆炸原因一般是由于过充或者短路引起，只有正确分析出电池的爆炸原因，才能对电池爆炸的机理进行深入研究，从而找出解决电池爆炸的方法，提高电池的安全性。但是能够对电池爆炸原因进行准确分析的方法还很少有人研究，导致目前还不能较好的分析已爆炸电池的爆炸原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够准确对锂离子电池爆炸原因进行分析测试的方法。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：锂离子电池爆炸原因的测试方法，按以下步骤对爆炸原因进行分析：
A、建立爆炸原因的标准，并生成分析曲线具有吸热峰和相对平滑的标准参照图；
B、收集电池爆炸后的产物；
C、对收集的爆炸产物研磨、过筛得到粉体；
D、将过筛后的爆炸粉体进行差示扫描量热分析，得出分析曲线；
E、将得到的差示扫描量热分析曲线与标准参照图进行比较，当所述差示扫描量热分析曲线具有三个明显吸热峰时，所述电池爆炸是由于过充电引起的，当所述差示扫描量热分析曲线没有三个明显吸热峰时，所述电池爆炸是由于短路引起的。
所述步骤A包括下列步骤：
A1、收集爆炸原因是过充电或是短路的电池爆炸后的产物；
A2、对收集的爆炸产物研磨、过筛得到粉体；
A3、将过筛后的粉体进行差示扫描量热分析；
A4、根据差示扫描量热分析建立所述爆炸原因是过充电或是短路的标准图，得出热量分析图。
当爆炸原因为过充电爆炸的电池，其产物的差示扫描量热分析DSC曲线上有三个明显的吸热峰，峰值温度的范围分别是73℃～95℃、392℃-408℃、412℃～433℃，优选76℃～92℃、495℃-405℃、412℃～433℃，所得到的标准参照图如图1所示。
当爆炸原因为短路爆炸的电池，其产物的差示扫描量热分析DSC曲线相对平滑，没有明显的吸热峰。
当爆炸原因为针刺造成电池短路引起爆炸时，其产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图如图2所示，其产物的差示扫描量热分析DSC曲线为具有平缓坡度的近似直线。
当爆炸原因为高温引起电池短路发生爆炸时，其产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图如图3所示，其产物的差示扫描量热分析DSC曲线为具有两个不明显的吸热峰值的曲线，其峰值的范围分别为150℃-160℃，330℃-345℃，优选153℃-157℃，333℃-342℃。
当爆炸原因为热冲击造成电池短路引起爆炸时，其产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图如图4所示，其产物的差示扫描量热分析DSC曲线为具有平缓坡度的、具有一个不明显的吸热峰值的近似曲线，其峰值温度的范围为343℃-355℃，优选346℃-352℃。
所述过筛得到的粉体是过100目～200目筛。。
技术方案所产生的有益效果在于：由于过充爆炸和短路爆炸的机理不同，即爆炸时由于正负极片上的物质不同，导致爆炸后所产生的物质也不同。但由于其爆炸后产物过多，很难将其一一分辨，通过将爆炸产物进行DSC分析——差示扫描量热分析，能很好的将不同原因引起爆炸所产生的特征产物进行很好的表征，从而分辨其爆炸引起的原因。该方法操作简单，分析结果准确，能较好的分辨出锂电池是何种原因引起的爆炸。
附图说明
图1是过充引起爆炸的产物的DSC标准参照图；
图2是针刺造成电池短路引起爆炸产物的DSC标准参照图；
图3是高温短路引起爆炸产物的DSC标准参照图；
图4是热冲击造成电池短路引起爆炸产物的DSC标准参照图；
图5是实施例1中电池爆炸产物的DSC图；
图6是实施例2中电池爆炸产物的DSC图。
具体实施方式
标准参照图的制作：
本实施例所用的锂离子电池的主要原材料如下表：
| 序号 | 部件名称 | 材料主要成份 |
| 1 | 正极 | LiCoO2、PVDF、铝箔 |
| 2 | 负极 | C、SBR、CMC、铜箔 |
| 3 | 电解液 | Li PF6+(EC+EMC+PC) |
| 4 | 隔膜纸 | PE |
| 5 | 镍极耳 | Ni |
| 6 | 铝壳 | Al |
| 7 | 胶纸 | PET、PP、聚酰亚胺 |
| 8 | 隔圈 | PP |
准备24份以上材料制成的电池，分别充电至4.2V，分成4组，每组6个，分别对4组电池进行四种滥用实验，即过充(3C/10V)、针刺、外短路、热冲击(150℃/30min)试验，人为使电池发生爆炸。
将爆炸后电池内部的残余物倒出，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体。
将得到的粉体分别进行DSC分析，过充(3C/10V)、针刺、高温(60℃)短路、热冲击(150℃/30min)引起电池爆炸产物DSC图依次为图1、图2、图3、图4。
从以上标准参照图分析可知，过充导致电池爆炸的产物与针刺、外短路、热冲击导致爆炸的产物的DSC分析曲线有明显不同。过充电爆炸的电池，其产物的DSC曲线上有三个明显的吸热峰，其峰值温度分别是76℃～92℃、400℃、412℃～433℃，而短路(针刺、外短路、热冲击可统称为短路)引起的爆炸产物的DSC分析曲线没有以上特征。
当用户在使用电池过程中发生爆炸后，对发生爆炸电池的产物用本发明的方法进行DSC分析，得出DSC分析曲线，并与标准参照图进行比较，就可以得知引起电池爆炸的原因。
实施例1：
将一未知原因引起爆炸的电池的内部残余物倒出、收集在一起，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体。然后将其得到的粉体进行DSC分析，得出DSC分析曲线如图5所示。通过与标准参照图进行比较，与图1极为相似，可知该电池是由过充引起爆炸。
实施例2：
收集一未知原因引起爆炸的电池的内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过200目筛，得到筛下粉体。然后将其得到的粉体进行DSC分析，得出分析曲线如图6所示。通过与标准参照图比较，与图2极为相似，因此可知该电池是由于针刺造成电池短路引起的爆炸。
通过将爆炸产物进行DSC分析，能很好的将不同原因引起爆炸所产生的特征产物进行很好的表征，从而分辨其引起爆炸的原因。该方法操作简单，分析结果准确，能较好的分辨出锂电池是何种原因引起的爆炸。
Claims (8)
1.一种锂离子电池爆炸原因的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
A、建立爆炸原因的标准，并生成分析曲线具有吸热峰和相对平滑的标准参照图；
B、收集电池爆炸后的产物；
C、对收集的爆炸产物研磨、过筛得到粉体；
D、将过筛后的爆炸粉体进行差示扫描量热分析，得出分析曲线；
E、将得到的差示扫描量热分析曲线与标准参照图进行比较，当所述差示扫描量热分析曲线具有三个明显吸热峰时，所述电池爆炸是由于过充电引起的，当所述差示扫描量热分析曲线没有三个明显吸热峰时，所述电池爆炸是由于短路引起的；
所述步骤A包括下列步骤：
A1、收集爆炸原因是过充电或是短路的电池爆炸后的产物；
A2、对收集的爆炸产物研磨、过筛得到粉体；
A3、将过筛后的粉体进行差示扫描量热分析；
A4、根据差示扫描量热分析建立所述爆炸原因是过充电或是短路的标准图表，得出量热分析图。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于过充电原因引起的爆炸，其爆炸产物的差示扫描量热分析DSC曲线上三个明显的吸热峰峰值温度的范围分别是73℃～95℃、392℃-408℃、412℃～433℃。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于短路原因引起的爆炸，其爆炸产物的差示扫描量热分析DSC曲线相对平滑。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于当爆炸原因为针刺造成电池短路引起爆炸时，其爆炸产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图为具有平缓坡度的近似直线。
5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于当爆炸原因为高温短路引起爆炸时，其爆炸产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图为具有两个不明显的吸热峰值的曲线，其峰值的范围分别为150℃-160℃、330℃-345℃。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于所述两个不明显的吸热峰值的范围分别为153℃-157℃、333℃-342℃。
7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于当爆炸原因为热冲击造成电池短路引起爆炸时，其爆炸产物的差示扫描量热分析DSC标准参照图为具有平缓坡度和一个不明显的吸热峰值的近似曲线，其峰值温度的范围为343℃-355℃。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池爆炸原因测试方法，其特征在于所述粉体是过100目～200目筛。
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