CN109585975A - 一种电池及其内短路触发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的电池及其内短路触发方法，涉及电池技术领域。该电池包括正极组件、负极组件、加热组件和绝缘相变件。绝缘相变件设置于正极组件和负极组件之间。加热组件包括加热件和加热引线，加热引线与加热件电连接，加热件与绝缘相变件相互贴合，加热件用于在加热导线通电的状态下对绝缘相变件进行加热。绝缘相变件受热发生相变，以使正极组件与负极组件之间形成通路。从而通过局部加热融化相变材料触发内短路，避免了对使用条件的大规模破坏。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池及其内短路触发方法。
背景技术
锂电池发生内短路时，会引起电池起火爆炸，威胁人身安全。因此，需要对锂离子电池单体的内短路安全性进行评估，即触发可重复的内短路，并检测评估内短路下的电池特性。现存锂离子电池内短路触发的方法主要包括针刺、挤压等，通过机械变形使隔膜破裂造成内短路，该方法无法模拟不发生机械变形的内短路过程；或是在电池内部置入可控元件并通过外部条件改变触发内短路，如在电池内部置入具有尖端的记忆合金元件并对全电池加热造成内短路，该方法在内短路前向电池提供了大量的热量以使记忆合金发生变形，一定程度上影响了内短路的真实特性。
现有的内短路触发方法，与采用该方法的内短路触发结构在触发内短路时，均会在一定程度上破坏使用条件，使内短路特性失真。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种电池，该电池在触发内短路时，对电池材料破坏较小，不会使电池的内短路特性失真。
本发明的另一目的在于提供一种内短路触发方法，应用于本发明提供的电池，在触发内短路时，对电池材料破坏较小，不会使电池的内短路特性失真。
本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：
本发明提供一种电池，包括正极组件、负极组件、加热组件和绝缘相变件。所述绝缘相变件设置于所述正极组件和所述负极组件之间。所述加热组件包括加热件和加热引线，所述加热引线与所述加热件电连接，所述加热件与所述绝缘相变件相互贴合，所述加热件用于在所述加热导线通电的状态下对所述绝缘相变件进行加热。所述绝缘相变件受热发生相变，以使所述正极组件与所述负极组件之间形成通路。
进一步地，所述加热件与所述绝缘相变件同轴心设置，且所述加热件的边缘与所述绝缘相变件的边缘之间各处间距相等。
进一步地，所述加热件上开设有第二通孔，所述第二通孔对应所述绝缘相变件的中心设置。
进一步地，所述加热件与所述绝缘完全贴合。
进一步地，所述加热组件还包括第一包覆件和第二包覆件，所述第一包覆件与所述第二包覆件分别从两侧包裹所述加热件。所述第一包覆件与所述绝缘相变件相互贴合，所述第二包覆件与所述正极组件或所述负极组件连接；或所述第二包覆件与所述绝缘相变件相互贴合，所述第一包覆件与所述正极组件或所述负极组件连接。
进一步地，所述加热引线包括导电线体和绝缘层，所述绝缘层包覆于所述导电线体的外周。
进一步地，所述电池还包括绝缘件，所述绝缘件设置于所述正极组件与所述负极组件之间，所述绝缘件上开设有第一通孔，所述加热件和所述绝缘相变件设置于所述第一通孔处。
进一步地，所述绝缘相变件的截面积大于所述第一通孔的截面积，并封闭所述第一通孔。
进一步地，所述电池还包括第一导片和第二导片，所述第一导片、所述加热组件、所述绝缘相变件和所述第二导片依次并排设置于所述正极组件和所述负极组件之间。
一种电池内短路触发方法，应用于所述电池，所述电池内短路触发方法包括以下步骤：通过所述加热引线对所述加热件通电，以使所述加热件加热所述绝缘相变件，从而使所述绝缘相变件受热发生相变。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供的电池通过在正极组件与负极组件之间设置绝缘相变件，使得在绝缘相变件未发生相变时，正极组件与负极组件之间形成断路。通过加热引线对加热件通电，令加热件放热，以使与加热件贴合的绝缘相变件发生相变，在正极组件与负极组件之间形成通路，引起电池内短路。通过加热件对绝缘相变件直接进行加热，加热效率高且不会对电池内部产生破坏。
本发明提供的电池短路触发方法通过加热引线对加热件通电，使得加热件升温，并加热绝缘相变件。绝缘相变件受热发生相变，从而在正极组件与负极组件之间形成通路，引起电池内短路。在触发过程中通过加热件对绝缘相变件直接进行加热，加热效率高且不会对电池内部产生大规模破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为第一实施例提供的电池的结构示意图。
图2为第一实施例提供的电池的截面示意图。
图3为第一实施例提供的加热组件的结构示意图。
图4为第一实施例提供的引线的结构示意图。
图5为第二实施例提供的电池内短路触发方法的流程示意图。
图标：100-加热组件；110-第一包覆件；120-加热件；130-第二包覆件；140-加热引线；141-绝缘层；142-导电线体；150-第二通孔；200-绝缘相变件；300-第二导片；400-第一导片；500-绝缘件；510-第一通孔；600-负极组件；610-铜集流体；620-负极材料；700-正极组件；710-铝集流体；720-负极材料；800-电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例
图1为第一实施例提供的电池800的结构示意图。请参照图1，本实施例提供的电池800包括正极组件700、负极组件600、第一导片400、第二导片300、绝缘件500、加热组件100和绝缘相变件200。其中，负极组件600、第一导片400、加热组件100、绝缘相变件200、第二导片300、绝缘件500和正极组件700依次呈层状地叠放，并相互贴合。从而通过绝缘相变件200和绝缘件500的配合，选择性地在正极组件700和负极组件600之间形成断路。即在绝缘相变件200不发生相变的状态下，正极组件700和负极组件600之间形成断路；在绝缘相变件200受热发生相变的状态下，在正极组件700与负极组件600之间形成通路。
可选地，在本实施例中，第一导片400、第二导片300、绝缘件500、加热组件100和绝缘相变件200均呈柔性的薄膜状，以使电池800能够卷曲，节约空间便于安装。
图2为第一实施例提供的电池800的截面示意图。请结合参照图1和图2，绝缘件500上开设有第一通孔510，第二导片300设置于第一通孔510中，以在绝缘相变件200发生相变时，连通正极组件700与加热组件100，从而在正极组件700与负极组件600之间形成通路。
需要说明的是，绝缘相变件200的截面积大于第一通孔510的截面积，并封闭第一通孔510。以通过绝缘相变件200与绝缘件500的配合，分隔正极组件700与负极组件600，在绝缘相变件200不发生相变的状态下，保持正极组件700和负极组件600之间的断路，从而保持电池800在正常工作状态下的稳定可靠。
可选地，在本实施例中，加热组件100设置于绝缘相变件200的中心，即对应第一通孔510设置。以通过加热组件100对绝缘相变件200进行均匀地加热，使得在受热时绝缘相变件200会整体发生相变，由固态变为液态。
可选地，在本实施例中，一个加热组件100与绝缘相变件200相贴合，以减少能耗，同时，节约制造成本和减少装配难度。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以将绝缘相变件200设置于至少两个加热组件100之间，以进一步提高加热速率，使得绝缘相变件200能够发生相变。
其中，在本实施例中，加热组件100上开设有第二通孔150，第二通孔150对应绝缘相变件200的中心设置。以通过开设有第二通孔150，在保持较佳的加热速度的前提下，减少能耗，从而避免热量扩散使电池800内的其他结构遭到破坏。同时，通过将第二通孔150对应绝缘相变件200的中心设置，保证了绝缘相变件200均匀受热，使得绝缘相变件200整体相变的均匀性和同步性。
可以理解的是，在其他可选的实施例中，加热组件100还可以与绝缘完全贴合，以通过完整贴合的加热组件100对绝缘相变件200进行全面加热，提高加热效率，缩短相变时间。
可选地，在本实施例中，绝缘相变件200采用石蜡，以保证在固态下良好的绝缘性能，使正极组件700和负极组件600之间形成断路。同时，在对其进行加热至45-60摄氏度时会快速发生相变，使得正极组件700与负极组件600之间形成通路，从而实现内短路。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，绝缘相变件200还可以是聚己内酯、改性聚己内酯、三水合醋酸钠等，以根据电池800材料和电池800工作环境的不同调整材料类型，从而准确地控制内短路的发生与否。
可选地，在本实施例中，第一导片400的材料为铜，第二导片300的材料为铝，以在材料表层形成稳定的氧化层，使得电池800的整体性质更加稳定。同时，使得第一导片400和第二导片300具有良好的延展性，能够弯曲变形，从而使电池800能够卷曲，节约空间便于安装。
可选地，在本实施例中，正极组件700包括正极材料720和铝集流体710，负极组件600包括负极材料620和铜集流体610，通过设置集流体以提高电流强度与电流稳定性。同时，铜、铝易在材料表层形成稳定的氧化层，使得电池800的整体性质更加稳定。
其中，正极材料720的一侧与第二导片300贴合，另一侧与铝集流体710贴合；负极材料620的一侧与第一导片400贴合，另一侧与铜集流体610贴合，以在铜集流体610与铝集流体710于电池800内形成通路时，保持电流稳定。
图3为第一实施例提供的加热组件100的结构示意图。请结合参照图1和图3，加热组件100包括加热件120、加热引线140、第一包覆件110和第二包覆件130。其中，加热引线140与加热件120电连接，第一包覆件110与第二包覆件130分别从两侧包覆加热件120。以通过加热引线140使加热件120通电，从而利用加热件120对绝缘相变件200进行加热，加热效率高，且不会造成热量扩散，有效地保护了周围的材料。同时，第一包覆件110与第二包覆件130使得传热更加均匀，也避免了加热件120与第一导片400和第二导片300直接接触，有效保护了材料，延长了电池800的寿命。
可选地，在本实施例中，第二通孔150贯通依次叠放的第一包覆件110、加热件120和第二包覆件130，以减少加热件120的面积，减少能耗，进一步地减少热量扩散对电池800内材料的破坏。同时，保持了一定的加热速率和加热均匀度，以保证绝缘相变件200均匀受热。
可选地，在本实施例中，加热件120、第一包覆件110和第二包覆件130均为薄膜状，以使电池800能够卷曲，节约空间便于安装。
可选地，在本实施例中，加热件120的厚度0.3～1mm之间，以节约电池800空间，便于装配。
可选地，在本实施例中，加热件120的功率在500mw～5w之间，以保证其功率足够快速引发绝缘相变件200的相变，同时不会有过多的热量逸散。
图4为第一实施例提供的引线的结构示意图。请结合参照图3和图4，加热引线140的一端与加热片连接，另一端引出至电池800外部，以通过外部电源控制加热件120的工作与否。从而实现定向的局部加热，提高加热速率的同时保护电池800安全。
需要说明的是，加热引线140包括导电线体142和绝缘层141，绝缘层141包覆于导电线体142的外周，以避免造成短路，保证电池800在正常工作状态下的稳定性。
本施例提供的电池800的装配方式：将加热引线140与加热件120连接，将第一包覆件110和第二包覆件130分别设置于加热片的两侧后，将第二包覆件130与绝缘相变件200贴合。之后，将第一导片400与第一包覆件110贴合，将第二导片300一侧与绝缘相变件200贴合，另一侧朝向绝缘件500，并将第二导片300容置于第一通孔510中。将正极材料720与铝集流体710贴合，将负极材料620与铜集流体610贴合，并第二导片300与正极材料720连接，第一导片400与负极材料620连接。
本实施例提供的电池800的工作原理是：电池800在正常工作状态下，绝缘相变件200呈固态，并分隔正极组件700与负极组件600，在电池800内部形成断路。在电池800出现异常，需要使电池800停止工作时，通过加热引线140对加热件120通电；加热件120在通电条件下放热，以使绝缘相变件200受热发生相变，在电池800内部的正极组件700与负极组件600之间形成通路，从而造成内短路。
第二实施例
图5为第二实施例提供的电池800内短路触发方法的流程示意图。请参照图5，该电池800内短路触发方法，包括以下步骤：
步骤S100：通过加热引线140对加热件120通电。
步骤S200：通过加热件120加热绝缘相变件200。
步骤S300：绝缘相变件200受热发生相变，在正极组件700与负极组件600之间形成通路。
步骤S400：检测到电池800发生内短路后，停止对加热引线140的供电。
其中，加热件120与绝缘相变件200相互贴合，并设置于电池800内部的正极组件700与负极组件600之间，以在绝缘相变件200未发生相变时，保持电池800内部正极组件700与负极组件600之间的断路，保持电池800的正常工作。在需要使电池800停止工作时，触发上述步骤，在电池800内部正极组件700与负极组件600之间形成通路，造成电池800内短路。以通过局部加热，一方面提高加热效率，另一方面避免热量扩散，对电池800结构造成破坏。
可选地，在本实施例中，在步骤S100前需对电池800充电至所需荷电状态，以使电池800能够工作。
可选地，在本实施例中，于电池800外部，在正极组件700与负极组件600之间设置电压计或电流计，以检测电池800是否发生内短路。
需要说明的是，在对比实验中，通过在电池800内设置绝缘相变件200，并以5-10W激光加热器进行外部加热，发现激光加热器加热到的区域温度上升很快，但设置绝缘相变件200处在300秒后才被加热到了40摄氏度左右，达到触发内短路的条件，此时电池800已经大部分的温度已经发生了明显的上升。经计算，在内短路触发前，已经为电池800提供了大量额外的热量约3kJ。如果使用热风枪加热，可以计算得内短路触发的时候电池800整体至少被加热到了50摄氏度，其热量约为8kJ。如果采用本方案，在触发内短路时，加热件120所提供的热量大约在200J左右，约30-60秒触发内短路后立刻停止对加热件120供电，极大地减少额外热量对于电池800内短路特性的影响。
综上所述，本发明提供的电池800通过在铜集流体610与铝集流体710之间设置绝缘相变件200，使得在绝缘相变件200未发生相变时，铝集流体710与铜集流体610之间形成断路。通过加热引线140对加热件120通电，令加热件120放热，以使与加热件120贴合的绝缘相变件200发生相变，在铝集流体710与铜集流体610之间形成通路，引起电池800内短路。通过加热件120对绝缘相变件200直接进行加热，加热效率高且不会对电池800内部产生破坏。同时，通过开设第二通孔150，设置第一包覆件110和第二包覆件130，进一步提高了加热效率和加热均匀度，从而保证了绝缘相变件200发生相变时的速度和均匀度。
本发明提供的电池800短路触发方法通过加热引线140对加热件120通电，使得加热件120升温，并加热绝缘相变件200。绝缘相变件200受热发生相变，从而在正极组件700与负极组件600之间形成通路，引起电池800内短路。在触发过程中通过加热件120对绝缘相变件200直接进行加热，加热效率高且不会对电池800内部产生破坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池，其特征在于，包括正极组件、负极组件、加热组件和绝缘相变件；
所述绝缘相变件设置于所述正极组件和所述负极组件之间；
所述加热组件包括加热件和加热引线，所述加热引线与所述加热件电连接，所述加热件与所述绝缘相变件相互贴合，所述加热件用于在所述加热导线通电的状态下对所述绝缘相变件进行加热；
所述绝缘相变件受热发生相变，以使所述正极组件与所述负极组件之间形成通路。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述加热件与所述绝缘相变件同轴心设置，且所述加热件的边缘与所述绝缘相变件的边缘之间各处间距相等。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述加热件上开设有第二通孔，所述第二通孔对应所述绝缘相变件的轴心设置。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述加热件与所述绝缘相变件完全贴合。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电池，其特征在于，所述加热组件还包括第一包覆件和第二包覆件，所述第一包覆件与所述第二包覆件分别从两侧包裹所述加热件；
所述第一包覆件与所述绝缘相变件相互贴合，所述第二包覆件与所述正极组件或所述负极组件连接；或
所述第二包覆件与所述绝缘相变件相互贴合，所述第一包覆件与所述正极组件或所述负极组件连接。
6.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述加热引线包括导电线体和绝缘层，所述绝缘层包覆于所述导电线体的外周。
7.如权利要求1-4中任一项所述的电池，其特征在于，所述电池还包括绝缘件，所述绝缘件设置于所述正极组件与所述负极组件之间，所述绝缘件上开设有第一通孔，所述加热件和所述绝缘相变件设置于所述第一通孔处。
8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述绝缘相变件的截面积大于所述第一通孔的截面积，并封闭所述第一通孔。
9.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池还包括第一导片和第二导片，所述第一导片、所述加热组件、所述绝缘相变件和所述第二导片依次并排设置于所述正极组件和所述负极组件之间。
10.一种电池内短路触发方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任一项所述的电池，所述电池内短路触发方法包括以下步骤：
通过所述加热引线对所述加热件通电，以使所述加热件加热所述绝缘相变件，从而使所述绝缘相变件受热发生相变。
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