CN215641713U - 一种锂离子电池针刺试验用刺针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池针刺试验用刺针，包括针尖，第一针体，第二针体和第三针体；所述第一针体，第二针体和第三针体直径不同；所述针尖，第一针体，第二针体和第三针体依次连接构成三级台阶刺针结构；本方案通过刺针针尖，三个不同直径的针体连续对电池造成刺穿，内部挤压，极片和隔膜刮擦，在电池内部形成更大的短路面积，与单一直径的针刺相比，能可靠地触发锂离子电池的热失控。

Description

一种锂离子电池针刺试验用刺针

技术领域

本实用新型涉及检测设备技术领域，具体涉及一种锂离子电池针刺试验用刺针。

背景技术

锂离子电池已经广泛应用于工业和民用领域，由于锂离子电池能量密度高，在使用过程中经常发生热失控，引起起火爆炸等事故。热失控的诱发因素可以分为两大类，即自身失效和使用过程中出现的破坏性故障，其中破坏性故障包括机械故障，如碰撞或挤压等；电气故障，如过充电、过放电和外部短路等；热故障，如因连接松动导致的局部过热；内部短路故障等；其中内部短路仍然是导致热失控最常见和最直接的原因，几乎所有的机械、电气和热损伤都伴随着内部短路，并且大部分可以直接触发热失控事件的严重内部短路通常都是由机械故障和热故障造成的。

目前对锂离子电池热失控行为研究，普遍采用挤压、针刺、加热等方法开展试验和研究。

挤压法需要大型试验设备，而且挤压会导致电池变形、破裂，这对电池热失控温度测量、压力测量、气体收集等带来困难，甚至很难实现。此外挤压法也无法对电池组中某个电池单体进行试验。

加热法利用外部热源触发电池热失控，由于外部热源的存在，可能给测试结果带来误差。同样，加热法可以在单体电池上进行，但无法对电池组中某个单体电池进行。

针刺法直接使电池内部短路，这种方法能较真实的模拟电池实际应用中发生热失控的状态，而且在单体电池和电池组上均容易实现。

针刺是模拟电池内部短路的重要试验方法，按现有标准方法针刺，若不发生热失控则判定电池合格。但大量试验研究是在电池热失控基础上开展的，如不能可靠触发电池热失控，实验研究将无法进行。

综合现有锂离子电池标准中规定的针刺试验方法如下：针直径3~8mm，材质耐高温钢，针尖圆锥角度，针刺速度0.1~40mm/s，从垂直于极板的方向贯穿电池，贯穿位置应靠近易发生热失控的位置。

由于制造锂离子电池材料的多样性，现有针刺方法虽然可以造成电池内部短路，但参见图1，由于现有的刺针为单一直径刺针400，不能可靠触发电池热失控。如按上述方法对磷酸铁锂离子电池进行针刺试验，在实践中很难触发热失控，不具有可重复性，影响试验研究。

由此可见，如何提高刺针的可靠性为本领域需解决的问题。

实用新型内容

针对于现有刺针存在可靠性低的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池针刺试验用刺针，其利用刺针针尖，三个不同直径的针体连续对电池造成刺穿，内部挤压，极片和隔膜刮擦，可有效地在电池内部形成更大的短路面积，很好地克服了现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供的一种锂离子电池针刺试验用刺针，包括针尖，第一针体，第二针体和第三针体；所述第一针体，第二针体和第三针体直径不同；所述针尖，第一针体，第二针体和第三针体依次连接构成三级台阶刺针结构。

进一步地，所述针尖，第一针体，第二针体和第三针体所构成的为金属刺针。

进一步地，所述针尖为圆锥体，针尖角度为20~60度。

进一步地，所述第一针体，第二针体，第三针体为圆柱形结构。

进一步地，所述第一针体的直径小于第二针体；所述第二针体的直径小于第三针体。

进一步地，所述第一针体，第二针体与第三针体连接处设有直角台阶。

本实用新型提供的锂离子电池针刺试验用刺针，其利用刺针针尖，三个不同直径的针体连续对电池造成刺穿，内部挤压，极片和隔膜刮擦，在电池内部形成更大的短路面积，能可靠触发锂离子电池热失控，大大提高了针刺的可靠性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为现有针刺试验用刺针的整体结构示意图；

图2为本锂离子电池针刺试验用刺针的整体爆炸示意图；

图3为本锂离子电池针刺试验用刺针在应用时的状态示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

按现有研究结果显示，认为针刺试验能否触发锂离子电池热失控，与刺针的材质，直径，针刺速度和针刺位置等有关；同时，锂离子电池的类型很多，按正极材料分，有钴酸锂离子电池、锰酸锂离子电池，三元锂离子电池、磷酸铁锂离子电池等，不同类型的锂离子电池安全性能差异较大，目前磷酸铁锂离子电池的安全性最高。用同一刺针针刺不同类型的锂离子电池，安全性能差的可能顺利触发热失控，但安全性能较高的如磷酸铁锂离子电池很难触发热失控。

因此针对于现有锂离子电池中针刺法可靠性不高的问题，对此，本方案提供了一种锂离子电池针刺试验用刺针，其利用刺针针尖，三个不同直径的针体连续对电池造成刺穿，内部挤压，极片和隔膜刮擦，在电池内部形成更大的短路面积，能可靠触发锂离子电池热失控，大大提高了针刺的可靠性。

本方案提供的锂离子电池针刺试验用刺针100，参见图2，包括针尖110和三个针体组成；其中，针尖110与三个针体依次连接设置构成刺针100，此刺针100为金属结构，采用金属结构能够触发电池内部进行内短路，能够可靠触发锂离子电池热失控。

具体的，针尖110为圆锥体，分为工作端和连接端；其中，工作端为锥形针尖，针尖的角度为20~60度，能够更好的刺穿电池以及角度的扩张可对电池内部形成更大的短路面积；连接端为圆柱面，与针体进行连接。

三个针体分别为第一针体120，第二针体130和第三针体140；其中，第一针体120，第二针体130和第三针体140均为圆柱体结构。

进一步地，第一针体120的第一端与针尖110的直径相同，连接构成一体式结构；第一针体120的第二端与第二针体130的第一端进行连接。

进一步地，第二针体130的直径大于第一针体120；第二针体130的第一端与第一针体120的第二端进行连接；第二针体130的第一端套合并固定在第一针体120的第二端上；第二针体130的第二端与第三针体140的第一端进行连接。

进一步地，第三针体140的直径大于第二针体130；第三针体140的第一端与第二针体130的第二端进行连接；第三针体140的第一端套合并固定在第二针体130的第二端上；第三针体140的第二端安装于刺针试验机的夹具上，运行机构300带动夹具及由针尖110和三个针体构成的三级台阶的刺针100进行直线运动，依次进入电池200内部。

其次，第一针体120，第二针体130与第三针体140之间的连接处的圆形截面外层，设有直角台阶，通过直角台阶能够增强对电池隔膜和极片的刮擦力度；同时三个针体的直径逐渐增大，能够在电池内部逐渐形成更大的短路面积。

这里需要说明的是每个针体的长度不做限定，可根据试验对象的尺寸进行确定。

本方案提供的锂离子电池针刺试验用刺针，参见图3，在具体应用时可将刺针安装在针刺试验机的夹具上，运行机构300带动夹具及刺针100进行直线运动；针尖110刺穿电池，随着运行机构的驱动，第一针体120，第二针体130和第三针体140依次进入电池200内部，不同尺寸的针体持续对电池200内部造成挤压；同时，每段针体连接处的直角台阶能够不断刮擦电池隔膜和极片，增大正负极片短路面积，因此更容易触发电池热失控。

由上述方案构成的锂离子电池针刺试验用刺针，通过刺针针尖，三个不同直径的针体连续对电池造成刺穿，内部挤压，极片和隔膜刮擦，在电池内部形成更大的短路面积，与单一直径的针刺相比，能可靠地触发锂离子电池的热失控。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，包括针尖，第一针体，第二针体和第三针体；所述第一针体，第二针体和第三针体直径不同；所述针尖，第一针体，第二针体和第三针体依次连接构成三级台阶刺针结构。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，所述针尖，第一针体，第二针体和第三针体所构成的为金属刺针。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，所述针尖为圆锥体，针尖角度为20~60度。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，所述第一针体，第二针体，第三针体为圆柱形结构。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，所述第一针体的直径小于第二针体；所述第二针体的直径小于第三针体。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池针刺试验用刺针，其特征在于，所述第一针体，第二针体与第三针体连接处设有直角台阶。

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