CN208173742U - 一种电池内短路测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池内短路测试装置，包括电池，所述电池包括依次设置的正极片、隔膜和负极片；所述正极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件，或所述负极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件；所述触发元件设置位置对应的隔膜处设有通孔，且通孔的容积小于所述触发元件的体积。本实用新型提供了一种电池内短路测试装置，该测试装置在不破坏电池完整性的基础上，触发电池内短路，不仅触发位置可控，方法简单、方便，且而测试效果可靠、高效，对电池内短路领域的研究、电池的设计研发和电池安全性能评估具有关键作用。

Description

一种电池内短路测试装置

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种电池内短路测试装置。

背景技术

在能源危机与环境污染的双重压力下，汽车动力系统电动化逐渐成为未来汽车的技术发展主流。锂离子电池因其能量密度和循环寿命等方面的优势，是电动汽车动力来源的主要选择之一。然而，锂离子动力电池的安全性事故偶有发生，锂离子动力电池的安全性问题已成为威胁人民群众的生命财产安全，并阻碍电动汽车的大规模产业化的难题之一。

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、从量变到质变的过程。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。

目前，内短路的发现和预测依然是电池安全问题中的一个难点。许多标准中的内短路测试方法，如挤压、针刺、外短路、外部加热等，由于会在测试过程中破坏电池的完整性，使电池发生严重的损毁，从而与实际使用过程发生的内短路具有根本的区别，不能真切模拟电池的内短路状态。另一种方法是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间，不利于模拟验证。因此，当今内短路测试与研究的主要困难就在于找到合适的方法触发内短路。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种电池内短路测试装置，该测试装置在不破坏电池完整性的基础上，触发电池内短路，不仅触发位置可控，方法简单、方便，且而测试效果可靠、高效，对电池内短路领域的研究、电池的设计研发和电池安全性能评估具有关键作用。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中的电池内短路测试装置，包括电池；

所述电池包括依次设置的正极片、隔膜和负极片；所述正极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件，或所述负极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件；所述触发元件设置位置对应的隔膜处设有通孔，且通孔的容积小于所述触发元件的体积。

所述正极片和负极片用于电池的导电，所述隔膜用于将正极片和负极片完全的阻隔开，避免正极片与负极片导通，形成短路；所述触发元件用于触发电池内短路，所述通孔填充熔化的触发元件后，使正极片与负极片导通，引发电池内短路；且通孔的容积小于所述触发元件的体积，保证触发元件熔化后能将通孔完全的填充，使内短路测试稳定、可靠。

进一步地，所述正极片、隔膜和负极片依次层叠或依次卷绕形成电池；所述正极片、隔膜和负极片依次层叠层形成叠式电池，所述正极片、隔膜和负极片依次卷绕形成卷绕式电池。

进一步地，所述触发元件为低熔点金属或金属合金，当外部的加热装置对电池进行加热时，易使触发元件由固态转化为液态，填充于隔膜通孔内；金属材质具有导电性，填充于隔膜通孔内的液态金属，可使正极片与负极片通电，引发电池内短路。

进一步地，所述触发元件的组成成分包括Bi、Sn、In、Pb、Cd中的一种或多种的组合，Bi、Sn、In、Pb、Cd为常用的低熔点金属，不仅传导性好，而且延展性和可塑性强，便于形成扁平的片状结构。不同种类和不同比例的金属材料制成的金属合金具有不同的相变温度，使用具有不同相变温度的金属合金就可以得到具有不同触发温度的触发元件，从而使所述触发元件能更好地匹配特定的研究或测试对象。

优选地，所述触发元件的相变温度为55~170℃。所述触发元件的相变温度高于电池正常使用温度，低于所述隔膜的熔点，使触发元件在未被触发时不会影响电池的正常使用，而触发元件被触发时，所述隔离膜不会熔融，仅由触发元件的相变来控制电池发生内短路。电池的正常使用是指电池在电动汽车、手机数码等产品中未刻意进行加热状态下的日常使用状态。

进一步地，所述触发元件为厚度为5~500um的扁平片状结构，可有效地保证触发元件能与正极片、隔膜和负极片一同卷绕成卷芯，不影响电池的制作；数量为一个或多个，不仅保证了测试的稳定性，而且可将一个触发元件置于电池的不同位置，测试电池不同部位的内短路，将多个触发元件置于电池的不同位置，使电池在多个位置同时引发内短路。

进一步地，所述通孔的直径为50~1000um，在所述触发元件达到相变温度前不影响电池的原有性能；数量为一个或多个，与触发元件对应设置，可测试电池不同部位的内短路或使电池在多个位置同时引发内短路。

进一步地，所述正极片和负极片均包括膜片层和集流体层，将正极片和负极片分为正极膜片层、正极集流体层、负极膜片层和负极集流体层。

进一步地，所述触发元件可设于膜片层与隔膜之间或集流体层与隔膜之间。

当所述触发元件设于所述正极膜片层或所述负极膜片层与隔膜之间时，所述触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔，当所述触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极膜片层-负极膜片层类型内短路。

当所述触发元件设于所述正极膜片层或所述负极集流体层与隔膜之间时，所述触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔，所述通孔对应的负极集流体位置刮去负极膜片层，当所述触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极膜片层-负极集流体层类型内短路。

当所述触发元件设于所述正极集流体层或所述负极膜片层与隔膜之间时，所述触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔，所述通孔对应的正极集流体位置刮去正极膜片层，当所述触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极集流体层-负极膜片层类型内短路。

当所述触发元件设于所述正极集流体层或所述负极集流体层与隔膜之间时，所述触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔，所述通孔对应的正极集流体位置刮去正极膜片层，所述通孔对应的负极集流体位置刮去负极膜片层，当所述触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极集流体层-负极集流体层类型内短路。

进一步地，所述电池外部设有加热装置；所述加热装置可为明火加热装置、微波加热装置、远红外加热装置、激光加热装置和离子束加热装置中的一种或几种。采用上述加热装置便于对电池进行定点局部加热，使所述触发元件升温，能防止电池的整体升温，减小对电池整体性能的影响。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供了一种电池内短路测试装置，该测试装置在不破坏电池完整性的基础上，触发电池内短路，不仅触发位置可控，方法简单、方便，且而测试效果可靠、高效，对电池内短路领域的研究、电池的设计研发和电池安全性能评估具有关键作用。

附图说明

图1为本实用新型中电池内短路测试装置的总体结构示意图；

图2为本实用新型中电池内短路测试装置触发的电池内短路结构示意图；

图3为本实用新型中电池内短路测试装置触发的正极膜片层-负极膜片层类型内短路结构示意图；

图4为本实用新型中电池内短路测试装置触发的正极膜片层-负极集流体层类型内短路结构示意图；

图5为本实用新型中电池内短路测试装置触发的正极集流体层-负极膜片层类型内短路结构示意图；

图6为本实用新型中电池内短路测试装置触发的正极集流体层-负极集流体层类型内短路结构示意图。

附图标记说明如下：

100、电池；110、负极片；111、负极集流体层；112、负极膜片层；120、隔膜；121、通孔；130、正极片；131、正极膜片层；132、正极集流体层；200、触发元件；300、加热装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型的实施例中的电池内短路测试装置如附图1所示，包括电池100；

电池包括依次设置的正极片130、隔膜120和负极片110；正极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件200，或负极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件；触发元件设置位置对应的隔膜处设有通孔121，且通孔的容积小于触发元件的体积。正极片、隔膜和负极片依次层叠层形成叠式电池，或正极片、隔膜和负极片依次卷绕形成卷绕式电池。

正极片和负极片用于电池的导电，隔膜用于将正极片和负极片完全的阻隔开，避免正极片与负极片导通，形成短路；触发元件用于触发电池内短路，通孔填充熔化的触发元件后，使正极片与负极片导通，引发电池内短路；且通孔的容积小于触发元件的体积，保证触发元件熔化后能将通孔完全的填充，使内短路测试稳定、可靠。

触发元件为低熔点金属或金属合金，当外部的加热装置对电池进行加热时，易使触发元件由固态转化为液态，填充于隔膜通孔内，如附图2；金属材质具有导电性，填充于隔膜通孔内的液态金属，可使正极片与负极片通电，引发电池内短路。触发元件的组成成分包括Bi、Sn、In、Pb、Cd中的一种或多种的组合，Bi、Sn、In、Pb、Cd为常用的低熔点金属，不仅传导性好，而且延展性和可塑性强，便于形成扁平的片状结构。不同种类和不同比例的金属材料制成的金属合金具有不同的相变温度，使用具有不同相变温度的金属合金就可以得到具有不同触发温度的触发元件，从而使触发元件能更好地匹配特定的研究或测试对象。优选地，触发元件的相变温度为55~170℃。触发元件的相变温度高于电池正常使用温度，低于隔膜的熔点，使触发元件在未被触发时不会影响电池的正常使用，而触发元件被触发时，隔离膜不会熔融，仅由触发元件的相变来控制电池发生内短路。电池的正常使用是指电池在电动汽车、手机数码等产品中未刻意进行加热状态下的日常使用状态。

触发元件为厚度为5~500um的扁平片状结构，可有效地保证触发元件能与正极片、隔膜和负极片一同卷绕成卷芯，不影响电池的制作；数量为一个或多个，不仅保证了测试的稳定性，而且可将一个触发元件置于电池的不同位置，测试电池不同部位的内短路，将多个触发元件置于电池的不同位置，使电池在多个位置同时引发内短路。

通孔的直径为50~1000um，在触发元件达到相变温度前不影响电池的原有性能；数量为一个或多个，与触发元件对应设置，可测试电池不同部位的内短路或使电池在多个位置同时引发内短路。

正极片和负极片均包括膜片层和集流体层，将正极片和负极片分为正极膜片层131、正极集流体层132、负极膜片层112和负极集流体层111。触发元件可设于膜片层与隔膜之间或集流体层与隔膜之间。电池外部设有加热装置300；加热装置可为明火加热装置、微波加热装置、远红外加热装置、激光加热装置和离子束加热装置中的一种或几种。采用上述加热装置便于对电池进行定点局部加热，使触发元件升温，能防止电池的整体升温，减小对电池整体性能的影响。

本实用新型的实施例中的电池内短路测试装置的具体实施例如下：

实施例1：

当触发元件200设于正极膜片层131或负极膜片层112与隔膜120之间时，触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔121，当触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极膜片层-负极膜片层类型内短路，其结构示意图如附图3的(a)和(b)所示。

实施例2：

当触发元件200设于正极膜片层131或负极集流体层111与隔膜120之间时，触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔121，通孔对应的负极集流体位置刮去负极膜片层，当触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极膜片层-负极集流体层类型内短路，其结构示意图如附图4的(a)和(b)所示。

实施例3：

当触发元件200设于正极集流体层132或负极膜片层112与隔膜120之间时，触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔121，通孔对应的正极集流体位置刮去正极膜片层，当触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极集流体层-负极膜片层类型内短路，其结构示意图如附图5的(a)和(b)所示。

实施例4：

当触发元件设于正极集流体层132或负极集流体层111与隔膜120之间时，触发元件放置位置对应的隔膜处设有通孔121，通孔对应的正极集流体位置刮去正极膜片层，通孔对应的负极集流体位置刮去负极膜片层，当触发元件发生相变时，液态金属或液态合金填充隔膜上的通孔，引发正极集流体层-负极集流体层类型内短路，其结构示意图如附图6的(a)和(b)所示。

本实用新型的实施例中的电池内短路测试装置，可以对触发元件的组成、尺寸、电导率，触发元件在电池中的设置位置以及隔膜上通孔的大小及数量进行设计，从而实现不同触发温度、不同位置、不同初期规模和不同类型的电池内短路，为电池安全问题研究、电池设计时的安全性能评估和对比提供了一种可靠、高效的内短路触发方式。采用加热装置对电池进行定点局部加热的触发方式使触发元件升温，能防止电池的整体升温，减小对电池整体性能的影响。加热装置的设置位置可与触发元件未被触发时的设置位置在电池各个部件的层叠方向上重叠。该内短路测试装置对电池内短路领域的研究、电池的设计研发和电池安全性能评估具有关键作用。

从上述实施例的方案可以看出，本实用新型提供了一种电池内短路测试装置，该测试装置在不破坏电池完整性的基础上，触发电池内短路，不仅触发位置可控，方法简单、方便，且而测试效果可靠、高效，对电池内短路领域的研究、电池的设计研发和电池安全性能评估具有关键作用。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电池内短路测试装置，包括电池，其特征在于：

所述电池包括依次设置的正极片、隔膜和负极片；

所述正极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件，或所述负极片与隔膜之间设有与隔膜平行的触发元件；

所述触发元件设置位置对应的隔膜处设有通孔，且通孔的容积小于所述触发元件的体积。

2.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述正极片、隔膜和负极片依次层叠或依次卷绕形成电池。

3.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述触发元件为低熔点金属或金属合金。

4.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述触发元件为Bi、Sn、In、Pb、Cd中的一种。

5.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述触发元件的相变温度为55~170℃。

6.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述触发元件为厚度为5~500um的扁平片状结构，数量为一个或多个。

7.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述通孔的直径为50~1000um，数量为一个或多个。

8.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述正极片和负极片均包括膜片层和集流体层。

9.如权利要求8所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述触发元件可设于膜片层与隔膜之间或集流体层与隔膜之间。

10.如权利要求1所述电池内短路测试装置，其特征在于：所述电池外部设有加热装置；所述加热装置可为明火加热装置、微波加热装置、远红外加热装置、激光加热装置和离子束加热装置中的一种或几种。