CN206059574U - 一种锂离子电池短路触发装置和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置和锂离子电池。触发装置包括：加热单元，设置于锂离子电池的电池单元的内部，与所述锂离子电池的隔膜直接接触；供能单元，为所述加热单元提供电流，使所述加热单元上产生电流而温度提高。本实用新型的锂离子电池短路触发装置中，加热单元可以对电池单元中的隔膜进行加热，可以人为对锂离子电池的某个电池单元进行快速有效地制造不同程度的内短路。另外，选择在锂离子电池的不同电池单元布置该装置，可以模拟锂离子电池不同部位、不同规模的内短路。

Description

一种锂离子电池短路触发装置和锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及电动汽车制造领域，尤其涉及一种锂离子电池短路触发装置和锂离子电池。

背景技术

电动汽车作为新能源汽车的主导力量，已经引领汽车未来发展方向，电动汽车逐渐进入人们日常的生活。

随着锂离子电池在电动汽车上大规模应用，安全问题日益凸显。动力电池系统的安全事故，绝大多数是由于锂离子电池发生内短路引发热失控、热蔓延。内短路成因复杂、难以预测和诊断，如由于锂枝晶生长造成的内短路可能是一个长期的、量变到质变的过程。内短路问题目前无法从电芯层面彻底解决，只能通过系统设计将已发生严重内短路和热失控的单体电池与其它电池隔离，避免发生热蔓延。但由于内部短路的不可控，无法直接制造，不利于故障模拟及系统可靠性验证。

先有技术中，常用两种方法验证电池的短路。

第一种方法，在制造过程中人为引入隔膜破损、毛刺、金属屑或粉尘等可能造成内短路的因素，该方法难以准确控制内短路的严重程度和发生的时刻，不利于模拟验证。

第二种方法，通过电烙铁、激光加热电池外壳，使热量定点传输到电池内部熔化隔膜或使预埋在内部的形变材料刺穿隔膜，触发内短路，该方法属于间接损坏隔膜，需要外部热源，对系统中的某一个单体制造内短路不可行。

实用新型内容

为了克服现有技术中模拟电池内部短路不可控制的技术问题，本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置和锂离子电池。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置，其特征在于，包括：

加热单元，设置于锂离子电池的电池单元的内部，与所述锂离子电池的隔膜直接接触；

供能单元，为所述加热单元提供电流，使所述加热单元上产生电流而温度提高。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述加热单元包括第一加热体；所述供能单元包括：

加热电源和导线；

所述导线连接所述加热电源和所述第一加热体。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述加热单元包括第二加热体；所述供能单元包括：

交流电源；

线圈盘，与所述交流电源连接，所述交流电源产生的交变电流传输至所述线圈盘，产生交变磁场，所述第二加热体设置于所述交变磁场中。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述第一加热体为片状、网状、环状或丝状。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述第二加热体为片状、环形网状或环形丝状。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述第一加热体为金属、金属合金或电热非金属材料。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述第二加热体为金属或金属合金材料。

进一步来说，所述的锂离子电池短路触发装置中，所述供能单元还包括：

壳体，所述线圈盘设置在所述壳体内；

所述壳体的底部设置有屏蔽层，所述线圈盘通过所述壳体的顶部向所述第二加热体传递电磁波。

本实用新型还提供了一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池短路触发装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的锂离子电池短路触发装置中，加热单元可以对电池单元中的隔膜进行加热，可以人为对锂离子电池的某个电池单元进行快速有效地制造不同程度的内短路。另外，选择在锂离子电池的不同电池单元布置该装置，可以模拟锂离子电池不同部位、不同规模的内短路。

附图说明

图1表示本实用新型实施例中锂离子电池短路触发装置的第二加热体及其与电池单元的安装结构示意图；

图2表示本实用新型实施例中第二加热体的供能单元的结构示意图之一；

图3表示本实用新型实施例中锂离子电池短路触发装置的第一加热体及其与电池单元的安装结构示意图；

图4表示本实用新型实施例中锂离子电池短路触发装置的第一加热体的结构示意图之一；

图5表示本实用新型实施例中锂离子电池短路触发装置的第一加热体的结构示意图之二。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置，包括：加热单元，设置于锂离子电池的电池单元的内部，与所述锂离子电池的隔膜直接接触；供能单元，为所述加热单元提供电流，使所述加热单元上产生电流而温度提高。

具体来说，本实用新型的锂离子电池短路触发装置中，加热单元可以对电池单元中的隔膜进行加热，可以人为对锂离子电池的某个电池单元进行快速有效地制造不同程度的内短路。另外，选择在锂离子电池的不同电池单元布置该装置，可以模拟锂离子电池不同部位、不同规模的内短路。

实施例1

参照图3至图5所示，本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置，包括：加热单元，设置于锂离子电池的电池单元1的内部，与锂离子电池的隔膜直接接触；供能单元，为加热单元提供电流，使加热单元上产生电流而温度提高。加热单元包括第一加热体5；供能单元包括：加热电源和导线6；导线6连接所述加热电源和第一加热体。其中加热电源可以为直流电源或者为交流电源。

进一步来说，第一加热体5为片状、网状、环状或丝状。第一加热体5为金属、金属合金或电热非金属材料。第一加热体5使用高电阻率的金属，如Ni箔、Ni丝、Ni网等金属箔、丝、网，也可以是碳膜等非金属材料。第一加热体5通过设计不同的大小、厚度、形状等调控加热装置的电阻，调节加热速度。

具体来说，本实施例中，锂离离子电池样品制造过程中，在电池单元1中预埋第一加热体5，第一加热体5与隔膜直接接触，通过引出的导线6对内置的第一加热体5进行加热。第一加热体5的温度可以在数秒内升高几百度，高温使隔膜局部融化，正负极通过该第一加热体5直接接触引发内短路。可以通过控制第一加热体5的位置、数量、尺寸大小，模拟电池内部不同位置、不同程度的内短路。不需要近距离的外部加热源，适合对电池系统中的某个电池单元1进行人为触发内短路。

进一步来说，在电池单元1内部预埋第一加热体5的位置、大小、数量根据要模拟的内短路形式和规模确定。

该锂离子电池短路触发装置适用于所有锂离子电池，包括叠片式和卷绕式的方形硬壳、软包和圆柱形电池。

具体来说，当第一加热体5采用Ni丝制成的环状时，Ni丝直径100μm，Ni丝长3cm。通过直流电流源加1A的电流持续2s，Ni丝的温度可以到500℃以上，可以熔化隔膜，形成内短路。

具体来说，当第一加热体5采用Ni箔制成的网状时，Ni箔厚50μm，线宽2mm，网的规格为10×26mm²。通过直流电源加10A的电流持续3s，Ni网的温度可以到500℃以上，可以熔化隔膜，形成内短路。

实施例2

参照图1和图2所示，本实用新型提供了一种锂离子电池短路触发装置，包括：加热单元，设置于锂离子电池的电池单元1的内部，与锂离子电池的隔膜直接接触；供能单元，向加热单元传递加热电流。其中，加热单元包括第二加热体2；供能单元包括：线圈盘4，对准第二加热体2设置，并向第二加热体2传递电磁波；交流电源的两极分别连接线圈盘4的两端。交流电源产生的交变电流传输至线圈盘4，产生交变磁场，第二加热体2设置于交变磁场中。

其中，供能单元还包括：壳体3，线圈盘4设置在壳体3内。壳体3的底部设置有屏蔽层，防止电磁波向外部空间扩散。线圈盘4通过壳体3的顶部向第二加热体2传递电磁波，壳体3的顶部(即面向电池中金属箔的一面)为塑料或陶瓷等材质，电磁波可以通过。

进一步来说，第二加热体2为片状、环形网状或环形丝状。第二加热体2为金属或金属合金，如Ni、Fe-Ni合金和Ni-Cd合金等铁磁性材料。

具体来说，本实施例中，该锂离子电池短路触发装置应用电池感应原理，对内置在电池单元1内的第二加热体2进行非接触式加热。该装置包括置于电池单元1内的第二加热体2，以及在外部用来产生交变磁场的供能单元。

在电池单元1的内部预埋第二加热体2作为内短路点，第二加热体2与隔膜接触。叠放次序为电池正极活性材料、隔膜、第二加热体2和电池负极活性材料，或电池正极活性材料、第二加热体2、隔膜、和电池负极活性材料。

第二加热体2优选为金属箔，厚度在10μm-100μm之间，优选30μm，第二加热体2的形状优选圆形，第二加热体2尺寸根据要制造的内短路接触面设计，可以预埋一片，也可以预埋多片。该第二加热体2在锂离子电池制作过程中预埋在隔膜和电极之间，与隔膜直接接触。可以通过控制第二加热体2的位置、数量，尺寸大小，设计内短路接触面的位置、数量和大小，模拟电池内部不同位置、不同程度的内短路。

将供能单元(交变磁场发生器)置于锂离子电池旁边，线圈盘4的面与电池单元1内置的第二加热体2的面平行，线圈盘4的中心大致正对第二加热体2。工作时，将线圈盘4接通交流电源后，产生交变磁场。由于电池的铝壳、塑料壳或铝塑膜外壳、以及铝箔、铜箔集流体都不是良好的磁导体，交变磁场可以大部分透过电池外壳和集流体被内置的箔片吸收。第二加热体2产生涡旋电流，温度快速升高，将隔膜熔化，电池的正负极通过金属箔片直接接触引发内短路。快速高效，可在数秒内使内置金属箔的温度升高到300℃以上，熔化隔膜，形成内短路。

该实施例中采用非接触式加热，不需要从电池单元1的内部额外引出加热导线，降低了样品制作复杂度。电池单元1内部的第二加热体2直接对隔膜加热，准确定位内短路点。通过内置第二加热体2的位置调整，可以模拟验证电池内部不同部位发生内短路的影响。该装置适用于铝壳、塑料壳、铝塑膜包装的卷绕式或叠片式锂离子电池。

本实用新型还提供了一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池短路触发装置。

需要说明的是，该锂离子电池包括上述锂离子电池短路触发装置的锂离子电池，上述锂离子电池短路触发装置实施例的实现方式同样适用于该电动锂离子电池的实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池短路触发装置，其特征在于，包括：

加热单元，设置于锂离子电池的电池单元的内部，与所述锂离子电池的隔膜直接接触；

供能单元，为所述加热单元提供电流，使所述加热单元上产生电流而温度提高。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述加热单元包括第一加热体；所述供能单元包括：

加热电源和导线；

所述导线连接所述加热电源和所述第一加热体。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述加热单元包括第二加热体；所述供能单元包括：

交流电源；

线圈盘，与所述交流电源连接，所述交流电源产生的交变电流传输至所述线圈盘，产生交变磁场，所述第二加热体设置于所述交变磁场中。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述第一加热体为片状、网状、环状或丝状。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述第二加热体为片状、环形网状或环形丝状。

6.根据权利要求2或4所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述第一加热体为金属、金属合金或电热非金属材料。

7.根据权利要求3或5所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述第二加热体为金属或金属合金材料。

8.根据权利要求3所述的锂离子电池短路触发装置，其特征在于，所述供能单元还包括：

壳体，所述线圈盘设置在所述壳体内；

所述壳体的底部设置有屏蔽层，所述线圈盘通过所述壳体的顶部向所述第二加热体传递电磁波。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任意一项所述的锂离子电池短路触发装置。