CN107728068A - 一种短路电阻测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种短路电阻测试方法，其包括步骤：将满电态电池进行拆解，获得不同短路模式中的各种极片，将极片做成41mm*30mm的方形片状，按照不同短路模式，将极片组装成软包电池，不用添加电解液，用电化学工作站测试其阻抗，测得的欧姆电阻值就是其短路电阻。对四种短路模式的短路电阻进行测试，证明了该方法的可使用性和合理性；本发明测试方法简单可靠，数据准确率高，一致性好，可实现短路电阻或其它方式电阻的精确测量，在研究电池安全机理领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体是一种短路电阻测试方法。
背景技术
锂离子电池具有电压和能量密度高、循环寿命长、能量效率高、无记忆效应、环境污染小等优点。随着锂离子电池的广泛应用，电池的安全性受到了越来越多的关注。从之前的一些手机爆炸事件来看，手机自燃或爆炸，由内部短路引发的情况较多。这类电池主要是由于电池内部在设计或者生产过程中存在瑕疵缺陷，导致电池发生自燃或者爆炸。
锂离子电池发生燃烧主要是因为，现在电池普遍采用易燃的烷基碳酸酯有机溶液作为电解液，负极石墨在充电态时，高温下表面的SEI膜分解，嵌入的锂离子与电解液、粘结剂会发生反应，伴随着大量的热释放。正极材料在高温下分解，释放出来的氧气与电解液发生燃烧，释放出大量的热。电池短路后也会产生大量的焦耳热，再加上电池产生的化学热，电池内部产生的总热量较大。当电池散热速度小于产热速度时，就有可能导致电池热失控、爆炸等安全性问题。对于大容量、高功率的大型锂离子电池组，安全性问题则更为突出，所以提升电池的安全性是目前急需解决的问题。但想解决电池安全问题，首先我们必须了解电池的安全过程和安全机理，只有了解清楚这些，才能有针对性的提出改善措施。
电池短路模式一般分为四种形式：铜箔-铝箔、负极-铝箔、正极-铜箔、正极-负极，不同的短路模式对电池造成的影响不同，主要原因是由于不同短路模式的短路电阻不同。短路电阻越小，短路后释放的能量更多，越容易引发电池的燃烧爆炸。因此，我们需要研究不同短路模式的短路电阻，来判断不同短路模式的危险性，从而避免发生此类短路，提高电池的安全性能。短路电阻的测试对电池的安全机理研究也是非常有意义的。
本发明开发了一种简单可靠的短路电阻测试方法，将满电态电池进行拆解，获得不同短路模式中的各种极片，将极片做成41mm*30mm的方形，按照不同短路模式，将极片组装成软包电池，不用添加电解液，用电化学工作站测试其阻抗，测得的欧姆电阻值就是其短路电阻。对四种短路模式的短路电阻进行测试，证明了该方法的可使用性和合理性。因此，本发明在需要准确测试短路电阻及电池安全分析领域具有很大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种短路电阻测试方法，实现对电池短路过程中不同短路模式短路电阻的精确测试，为电池安全分析提供更为可靠的数据。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种短路电阻测试方法，包括以下步骤：
（1）将待研究电池充电到满电状态；
（2）将（1）中满电状态的电池在干燥房进行拆解，获得铝箔、铜箔、负极、正极这四种极片；
（3）将（2）中的四种极片冲压成方形片状，分别给四种极片焊接上极耳，按照铜箔-铝箔、负极-铝箔、正极-负极、正极-铜箔这四种模式分别组装成软包电池，将软包电池封装好待测试；
（4）将（3）中软包电池安装夹具，采用电化学工作站测试（3）中软包电池的阻抗，欧姆阻抗值即为其短路电阻。
所述步骤（3）将四种极片冲压成41mm*30mm的方形片状。
所述步骤（3）中软包电池外壳选用厚度为86微米的铝塑膜，不添加电解液。
所述步骤（4）中安装夹具由上下两块方形金属板（长*宽=10cm*8cm）构成，金属板四角有螺丝固定，将软包电池垫上硅胶垫，用夹具夹紧，四个螺丝拧紧。因电池内只包含两片极片，如果不安装夹具会造成极片间接触不良，使接触电阻较大，这样会影响短路电阻测试结果。
本发明的有益效果：电池发生短路时一般有四种短路模式，不同短路模式对电池造成的影响不同，产生这些不同结果的根本原因是由于不同短路模式的短路电阻不同。电池发生短路后，要将电池的能量释放，如果短路电阻较小，根据能量公式（Q为电池放热量，U为电池电压，t为时间，R为短路电阻），则单位时间内释放的能量更多，电池越危险。本发明对电池的四种短路模式的短路电阻进行测试，证明了该方法的可使用性和合理性。本发明测试方法简单可靠，数据准确率高，一致性好，可实现短路电阻或其它方式电阻的精确测量，在研究电池安全机理领域具有很大的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种短路电阻测试方法的四种短路模式电池组装示意图。
图2是本发明一种短路电阻测试方法的四种短路模式电池阻抗测试图。
图3是本发明一种短路电阻测试方法的四种短路模式电池欧姆阻抗值比较图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
将38Ah电池进行满充获得满电态的电池，在干燥房将其进行拆解，获得铝箔、铜箔、负极、正极这四种极片。用模具将上述极片冲切成41mm*30mm的方形片状，分别给四种极片焊接上极耳，然后按照铜箔-铝箔、负极-铝箔、正极-负极、正极-铜箔这四种模式分别组装成软包电池，软包电池外壳选用厚度为86微米的铝塑膜，不用添加电解液，将软包电池封装好待测试。电池测试时要安装特定夹具，因电池内只包含两片极片，如果不安装夹具会造成极片间接触不良，使接触电阻较大，这样会影响短路电阻测试结果。然后用电化学工作站测试其阻抗，测得的欧姆阻抗值即为其短路电阻。
特定夹具由上下两块方形金属板（长*宽=10cm*8cm）构成，金属板四角由螺丝固定，将电池垫上硅胶垫，用夹具夹紧，四个螺丝拧紧。
图1是四种短路模式电池组装示意图。将极片按照铜箔-铝箔、负极-铝箔、正极-负极、正极-铜箔这四种模式分别组装，极片要完全对齐，中间不要放隔膜，不需要添加电解液，组装好后用铝塑膜外壳封装。图2是四种短路模式电池阻抗测试图，用电化学工作站测试其阻抗，曲线与x轴交点即为电池的欧姆阻抗值，也就是四种短路模式电池的短路电阻值。从图2中可以看出，不同短路模式的电池欧姆阻抗值有明显差异，同组之间一致性较好。
将欧姆阻抗值读取出来，然后将数值作图成图3，通过数值大小来比较不同短路模式短路电阻大小。从图3中可以看出，短路电阻铜箔-铝箔最小，其次是负极-铝箔。电池发生短路后，要将电池的能量释放，如果短路电阻较小，根据能量公式（Q为电池放热量，U为电池电压，t为时间，R为短路电阻），则单位时间内释放的能量更多。这些结果表明，电池内部如果出现铜箔-铝箔或负极-铝箔短路时，电池会释放更多的热量，但由于铜箔和铝箔都具有良好的导热性能，可以将热量迅速传播到集流体各处，所以发生铜箔-铝箔短路时，如果热量及时导走不会造成电池燃烧，反而能将热量及时散掉，对电池有利。发生负极-铝箔短路时，由于负极散热较差，且负极极易燃烧，所以一旦出现这种短路，电池会迅速发生燃烧爆炸，这种短路模式的危险性最高。正极-负极和正极-铜箔短路电阻较大，也就是说发生这两种模式的短路电池产生的热量较小，但由于满电态的负极是非常不稳定的，极易燃烧，如果发生正极-负极短路后，即使产生的热量较小，但热量来不及散失，累积到一定程度时也会引发负极燃烧，进而引发电池燃烧爆炸。其中正极-铜箔短路电阻最大，且正极比较稳定，发生这种短路时，电池不会发生燃烧爆炸。
通过以上实验数据分析可知，电池不同短路模式对电池的安全性能影响不同。因负极-铝箔这种短路是最危险的，那我们就要想办法避免这种短路发生，而且这种短路方式危险的根本原因是由于其短路电阻较小，所以我们改善方案就可以从提高其短路电阻入手。目前文献报道的改善方式就包括将铝箔表面涂覆保护层来增加铝箔的电阻，也有在负极表面涂覆陶瓷来增加负极电阻，这些改善方式都是通过提高短路电阻进而降低产热量的。因此，短路电阻的测试是非常重要的，它可以帮助我们了解电池不同短路方式危险程度的原因，又可以指导我们将电阻提高到什么程度才能改善电池的安全性能，这些对电池的安全改善都是非常重要的。本发明开发了一种简单可靠的测试短路电阻的测试方法，通过实例证明此方法测得的数据准确度高、一致性好，在研究电池安全机理方面有比较大的应用前景。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种短路电阻测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将待研究电池充电到满电状态；
（2）将（1）中满电状态的电池在干燥房进行拆解，获得铝箔、铜箔、负极、正极这四种极片；
（3）将（2）中的四种极片冲压成方形片状，分别给四种极片焊接上极耳，按照铜箔-铝箔、负极-铝箔、正极-负极、正极-铜箔这四种模式分别组装成软包电池，将软包电池封装好待测试；
（4）将（3）中软包电池安装夹具，采用电化学工作站测试（3）中软包电池的阻抗，欧姆阻抗值即为其短路电阻。
2.根据权利要求1所述的短路电阻测试方法，其特征在于，所述步骤（3）将四种极片冲压成41mm*30mm的方形片状。
3.根据权利要求1所述的短路电阻测试方法，其特征在于，所述步骤（3）中软包电池外壳选用厚度为86微米的铝塑膜，不添加电解液。
4.根据权利要求1所述的短路电阻测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中安装夹具由上下两块方形金属板（长*宽=10cm*8cm）构成，金属板四角有螺丝固定，将软包电池垫上硅胶垫，用夹具夹紧，四个螺丝拧紧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180223 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |