CN205488409U - 电池内短路测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池内短路测试装置，包括电池及设置于该电池内部的内短路触发元件，该电池包括分隔正极和负极的隔膜，该内短路触发元件为片状结构，包括支撑部和多个形变部，该多个形变部与该支撑部为一体结构，该多个形变部相对于该支撑部相互对称设置，该形变部具有尖端，该内短路触发元件具有一触发温度，当该内短路触发元件的温度等于或高于该触发温度时，该形变部向该隔膜的方向发生形变并使该尖端将该隔膜刺穿，从而引发该电池内短路。

Description

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，具体涉及电池内短路测试装置。

背景技术

锂离子动力电池的多数安全问题都可以通过电气管理或温度管理等外部措施进行控制或缓解。当今多数电动汽车厂家都在自己的动力电池模块中应用了此类措施以提高安全性。然而，由内短路引起的热失控是所有安全问题中最为棘手难解的课题，造成内短路的成因很多，各种不同情况或原因可能引发不同程度的内短路和危险性，它并不能通过现有的电气管理或温度管理等外部措施进行有效的控制和缓解。而多数在电池正常使用过程中的安全问题都与内短路相关，不仅在电动汽车领域如此，在其他使用锂离子电池的领域也是如此，如数码产品、飞机等。

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。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。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种能真切模拟电池的内短路状态的电池内短路测试装置。

一种电池内短路测试装置，包括电池及设置于该电池内部的内短路触发元件，该电池包括分隔正极和负极的隔膜，该内短路触发元件为片状结构，包括支撑部和多个形变部，该多个形变部与该支撑部为一体结构，该多个形变部相对于该支撑部相互对称设置，该形变部具有尖端，该内短路触发元件具有一触发温度，当该内短路触发元件的温度等于或高于该触发温度时，该形变部向该隔膜的方向发生形变并使该尖端将该隔膜刺穿，从而引发该电池 内短路。

本实用新型所提供电池内短路测试装置及触发方法通过温度变化触发该内短路触发元件发生形变将电池隔膜刺穿而引发电池内短路，该方法简单、方便而且容易操作，该内短路触发元件不会对该电池的完整性造成破坏，能更真切模拟电池实际使用过程中的内短路状态，这为电池安全问题研究和电池设计时的安全性能评估、对比提供了一种可靠、高效的内短路触发方式，对于电池内短路领域的研究，以及电池设计研发和性能对比中的安全性能评估具有关键作用。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例电池内短路测试装置的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的内短路触发元件的俯视图。

图3为本实用新型另一实施例的内短路触发元件的俯视图。

图4为本实用新型又一实施例的内短路触发元件的俯视图。

图5a为本实用新型一实施例的内短路触发元件发生形变前的侧视图。

图5b为本实用新型一实施例的内短路触发元件发生形变后的侧视图。

图6为本实用新型第一实施例的内短路触发元件触发正极材料-负极材料类型内短路的示意图。

图7为本实用新型第一实施例的内短路触发元件触发负极材料-正极集流体类型内短路的示意图。

图8为本实用新型第二实施例电池内短路测试装置的结构示意图。

图9为本实用新型第二实施例的内短路触发元件触发正极材料-负极集流体类型内短路的示意图。

图10为本实用新型第二实施例的内短路触发元件触发正极集流体-负极集流体类型内短路的示意图。

主要元件符号说明

测试装置 10

电池 100

正极集流体 110

正极材料层 120

隔膜 130

负极材料层 140

负极集流体 150

内短路触发元件 200

形变部 210

尖端 212

支撑部 220

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明一种电池内短路测试装置。

请参阅图1，本实用新型第一实施例提供一种电池内短路测试装置10，包括电池100及设置于该电池100内部的至少一内短路触发元件200。该电池100包括隔膜130，该内短路触发元件200为片状结构，包括支撑部220和多个形变部210，该多个形变部210与该支撑部为一体结构。该多个形变部210相对于该支撑部220相互对称设置。每个形变部210具有至少一尖端212。该内短路触发元件200具有一触发温度，当该内短路触发元件200的温度等于或高于该触发温度时，该形变部210向该隔膜130的方向发生形变并使该尖端212将该隔膜130刺穿，从而引发该电池100内短路，该支撑部220不发生形变。该多个形变部210设置在该支撑部220周围，并对称设置，优选为具有相同的形状，使该支撑部220受力均匀，在该电池100中保持位置固定，为该形变部210在形变过程中刺穿该隔膜130时提供支撑力。

该内短路触发元件200为一体成型的多边形片状结构，与该隔膜130可平行设置。在本实施例中，该隔膜130与该隔膜130直接接触并层叠设置。该内短路触发元件200的具有温度记忆效应，可在该触发温度使该形变部210发生形变。该形变部210发生形变时，该形变部210具有该尖端212的一侧向该隔膜130的方向进行弯曲，并使该尖端212将该隔膜刺穿，从而引发该电池100发生内短路。该内短路触发元件200具备能刺穿隔膜130或其他电池100内部元件的强度。该形变部210的长度大于该隔膜130的厚度。可以理解，由于隔膜130 的厚度较薄，该形变部210的长度可以较小，如0.5mm～1mm。

请参阅图2，在一实施例中，该内短路触发元件200的支撑部220为矩形。该形变部210为三角形，数量为4个，分别设置在该支撑部220矩形的四条边上，并且与该支撑部220连接的边与该矩形的边长相等。该形变部210向外的角具有该尖端212。优选地，该支撑部220为正方形，该形变部210为等腰三角形或等边三角形。

请参阅图3，在另一实施例中，该内短路触发元件200的支撑部220为中心对称的12边形。该形变部210为三角形，数量为4个，分别设置在该支撑部220的12边形中呈中心对称的四条边上。该形变部210向外的角具有该尖端212。优选地，该形变部210为等腰三角形或等边三角形。该形变部210向外的角优选为锐角，如30°。

请参阅图4，在又一实施例中，该内短路触发元件200的支撑部220为矩形，该形变部210为直角三角形，数量为4个，分别设置在该支撑部220的四个角上。该形变部210的直角设置在该支撑部220的角上，该形变部210的一条直角边与该支撑部220的一条边对齐。

在一实施例中，该内短路触发元件200为记忆合金，例如镍钛记忆合金，该记忆合金具有一转变温度，即该触发温度。请参阅图5，在装配至该电池100前，将该内短路触发元件200在该转变温度之上加工成使电池100发生内短路时，即该内短路触发元件200形变后的形状，然后在该转变温度之下将该内短路触发元件200加工为在该电池100内部未被触发时的形状，如图5a所示。当电池100的温度达到上述转变温度时，该内短路触发元件200发生形变将隔膜130刺穿使该电池100发生内短路，如图5b所示，该转变温度即为该内短路触发元件200的触发温度。由于该形变部210的数量为多个，在发生形变时，有多个尖端212同时发生形变，在多个位置将该隔膜130刺穿。

该触发温度可高于该电池100的正常使用温度，低于该隔膜130的熔点，使该内短路触发元件200在未被触发时不会影响该电池100的正常使用，而被触发时，该隔膜130不会熔融，仅由该内短路触发元件200的形变来控制该电池100发生内短路。优选地，该触发温度为55℃至170℃。该电池100的正常使用是指该电池100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。

该内短路触发元件200的数量可为一个，该一个内短路触发元件200可设置在该电池100中的不同位置以实现不同位置的内短路。该内短路触发元件200的数量也可为多个，该多个内短路触发元件200可设置在该电池100中的不同位置，使该电池100在多个位置同时引发内短路。

该电池100包括正极集流体110、正极材料层120、隔膜130、负极材料层140及负极集流体150。该正极材料层120设置在该正极集流体110表面。该负极材料层140设置在该负极集流体150表面。该正极材料层120通过该隔膜130与该负极材料层140间隔设置。该正极集流体110、正极材料层120、隔膜130、负极材料层140及负极集流体150依次层叠设置。该电池100可进一步包括电解质或电解液(图未示)，设置在该正极材料层120与该负极材料层140之间。该电池100可进一步包括一封装结构(图未示)，该封装结构将该正极集流体110、正极材料层120、隔膜130、负极材料层140及负极集流体150容置其中。该电池100可以为层叠式电池或卷绕式电池。

该内短路触发元件200可设置在该正极材料层120中、该负极材料层140中、该正极材料层120与该正极集流体110之间、该正极材料层120与该隔膜130之间、该负极材料层140与该负极集流体150之间或该负极材料层140与该隔膜130之间。

请参阅图6，该内短路触发元件200在使用时，由于电池100过充电导致温度升高或环境温度过热而使该内短路触发元件200的发生形变时该形变部210具有该尖端212的一侧向该隔膜130的方向弯曲，从而直接将该隔膜130刺穿引发内短路。在本实施例中，该内短路触发元件200发生形变时仅将该隔膜130刺穿，从而引发正极材料-负极材料类型的内短路。在仅需要引发正极材料-负极材料类型的内短路时，该内短路触发元件200的形变部210既可以是绝缘的也可以是导电的，例如可以是由绝缘材料包裹的记忆合金金属片，只要能够在刺穿隔膜130时使正负极材料接触即可。

请参阅图7，在另一实施例中，该形变部210尺寸较大，在触发形变后可以与对面的集流体接触，当该内短路触发元件200设置在该负极材料层140与隔膜之间时，该形变部210发生形变时将该隔膜130和该正极材料层120同时刺穿，并与该正极集流体110接触，引发负极材料-正极集流体类型的内短路；当该内短路触发元件200设置在该正极材料层120与隔膜之间时，该形变部210 发生形变时将该隔膜130和该负极材料层140同时刺穿，并与该负极集流体150接触，引发正极材料-负极集流体类型的内短路。在该实施例中，该内短路触发元件200整体具有导电性。

请参阅图8，本实用新型第二实施例提供一种电池内短路测试装置10，结构与第一实施例基本相同，区别仅在该内短路触发元件200设置在该负极集流体150与该负极材料层140之间，或者设置在该正极集流体110与该正极材料层120之间。

请参阅图9，举例来说，当内短路触发元件200设置在该负极集流体150与该负极材料层140之间时，该该内短路触发元件200发生形变时使该多个形变部210具有该尖端212的一侧向该隔膜130的方向弯曲，并将该负极材料层140与该隔膜130同时刺穿从而引发内短路。该形变部210的长度大于该隔膜130及该负极材料层140的厚度之和，且小于该隔膜130、该正极材料层120及该负极材料层140的厚度之和。该内短路触发元件200整体可具有导电性。该内短路触发元件200发生形变时仅将该负极材料层140与该隔膜130同时刺穿，从而引发正极材料-负极集流体类型的内短路。

请参阅图10，在另一实施例中，该内短路触发元件200整体可具有导电性。该形变部210的长度等于或大于该隔膜130、该正极材料层120及该负极材料层140的厚度之和。该内短路触发元件200发生形变时将该负极材料层140、该隔膜130、该正极材料层120同时刺穿，并与该正极集流体110接触，从而引发正极集流体-负极集流体类型的内短路。

与上述类似地，该内短路触发元件200可设置在该正极集流体110与该正极材料层120之间，引发正极集流体-负极材料类型或正极集流体-负极集流体类型的内短路。

使用该测试装置100进行电池内短路测试时，可使用一加热装置(图未示)对该电池100进行整体加热并使该电池100整体升温，从而使该内短路触发元件200升温，并使该内短路触发元件200达到其触发温度发生形变从而引发该电池100内短路。

该内短路触发元件只要使该尖端将该隔膜刺穿即可，因此所需要的内短路触发元件的面积很小，远小于该电池隔膜的总面积，从而使该内短路触发元件未被触发时该电池的原有性能不会受到影响。在一实施例中，该内短路 触发元件的面积小于该隔膜总面积的1％。

不同位置、不同初期规模和不同类型的电池内短路的扩展速度和严重程度不同。可以对该内短路触发元件的材料、形状、尺寸参数、形变量及电导率进行设计，以及对该内短路触发元件在电池中的设置位置进行设计，从而实现不同位置、不同初期规模和不同类型的电池内短路，这为电池安全问题研究和电池设计时的安全性能评估、对比提供了一种可靠、高效的内短路触发方式。该测试装置及触发方法对于电池内短路领域的研究，以及电池设计研发和性能对比中的安全性能评估具有关键作用。

另外，本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其他变化，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电池内短路测试装置，包括电池，该电池包括分隔正极和负极的隔膜，其特征在于，进一步包括设置于该电池内部的内短路触发元件，该内短路触发元件为片状结构，包括支撑部和多个形变部，该多个形变部与该支撑部为一体结构，该多个形变部相对于该支撑部相互对称设置，该形变部具有尖端，该内短路触发元件具有一触发温度，当该内短路触发元件的温度等于或高于该触发温度时，该形变部向该隔膜的方向发生形变并使该尖端将该隔膜刺穿，从而引发该电池内短路。

2.如权利要求1所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该多个形变部设置在该支撑部周围，并且该多个形变部具有相同的形状。

3.如权利要求2所述的电池内短路测试装置，其特征在于，其特征在于，该内短路触发元件的支撑部为矩形，该形变部为三角形，数量为4个，分别设置在该支撑部矩形的四条边上，并且与该支撑部连接的边与该矩形的边长相等。

4.如权利要求2所述的电池内短路测试装置，其特征在于，其特征在于，该内短路触发元件的支撑部为中心对称的12边形，该形变部为三角形，数量为4个，分别设置在该支撑部的12边形中呈中心对称的四条边上。

5.如权利要求2所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该内短路触发元件的支撑部为矩形，该形变部为直角三角形，数量为4个，该形变部的直角设置在该支撑部的角上，该形变部的一条直角边与该支撑部的一条边对齐。

6.如权利要求1所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该内短路触发元件与该隔膜接触并层叠设置，该形变部的长度大于该隔膜的厚度。

7.如权利要求6所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该电池进一步包括通过该隔膜分隔的正极材料层和负极材料层，该内短路触发元件设置在该正极材料层与该隔膜之间，该形变部的长度大于或等于该隔膜及该负极材料层的厚度之和。

8.如权利要求6所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该电池进一步包括通过该隔膜分隔的正极材料层和负极材料层，该内短路触发元件设置在该电池的负极材料层与该隔膜之间，该形变部的长度大于或等于该隔膜及该正极材料层的厚度之和。

9.如权利要求1所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该电池进一步包括 正极集流体、设置在该正极集流体上的正极材料层、负极集流体和设置在该负极集流体上的负极材料层，该正极材料层与该负极材料层通过该隔膜分隔，该内短路触发元件设置在该负极材料层与该负极集流体之间，该形变部的长度大于该隔膜及该负极材料层的厚度之和。

10.如权利要求1所述的电池内短路测试装置，其特征在于，该电池进一步包括正极集流体、设置在该正极集流体上的正极材料层、负极集流体和设置在该负极集流体上的负极材料层，该正极材料层与该负极材料层通过该隔膜分隔，该内短路触发元件设置在该正极材料层与该正极集流体之间，该形变部的长度大于该隔膜及该正极材料层的厚度之和。