[實用新型]一種評估鋰離子電池安全性能的絕緣刺針

有效

• 申請號: 201721022915.8
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN207215988U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王青松;崔志仙;陳昊東;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R1/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本實用新型涉及鋰離子電池安全性能評估的技術領域，特別涉及一種評估鋰離子電池安全性能的絕緣刺針。

背景技術

鋰離子電池作為一種具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、儲存壽命長等優點新能源電池，其應用涉及便攜式設備、新能源汽車、儲能和軍事等諸多領域。但由于鋰離子電池材料體系中含有大量活性物質和有機易燃物，在各種濫用條件下極易導致安全事故的發生。如2017年5月發生在北京蟹島度假村80輛電動大巴車起火事件，造成了近億元損失。再如2016年發生的三星Note 7手機電池爆炸事件，在整個社會層面內都產生了廣泛的負面影響。因此，評價鋰離子電池的安全性能具有重要意義。

研究表明，與外短路、過充、過熱等電池濫用條件相比，電池內短路時的危險性最大，并很有可能引發熱失控。內短路的誘發方式包括生產毛刺、電池內部絕緣不完全、引入金屬雜質、鋰枝晶和外力擠壓或穿刺撕裂隔膜等。目前國內外關于鋰離子電池內短路的實驗模擬手段做過很多研究，包括針刺和擠壓實驗、植入金屬雜質和基于相變材料的內短路觸發器件。上述方法各有優缺點，但目前得到廣泛接受并被標準化的模擬內短路的鋰離子電池安全性能評價方法只有針刺測試。依現行的針刺測試國家標準GB/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全及試驗方法》對電池進行針刺測試時，由于測試使用的是鋼針，刺穿電池后存在電流通路過大和鋼針導熱量過大等問題，導致傳統針刺測試方法不能準確地評價鋰離子電池的安全性能。本發明采用的一種新型絕緣刺針可以很好地解決上述問題。

實用新型內容

為了解決傳統鋰離子電池針刺測試時不銹鋼針導致的電池快速放電和鋼針導熱問題，本實用新型提供了一種高電阻率、低導熱系數、高材料強度和高硬度的耐高溫材料制成的新型絕緣刺針來代替現行針刺測試國家標準GB/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全及試驗方法》中的鋼針進行針刺測試。

本發明采取的技術方案為：

一種評估鋰離子電池安全性能的絕緣刺針，所述絕緣刺針為帶尖頭的圓柱體，其中，針對單體電芯：刺針直徑的基準值為5～8mm，針頭尖角取值范圍45°～60°；針對電池模組：刺針直徑為6～10mm。

進一步地，滿足：高電阻率：>10⁹Ω·m，電工絕緣；低導熱系數：<0.5W m^-1K^-1；高材料強度和高硬度：滿足硬殼和軟包電池的刺穿強度要求即可；耐高溫：熔點>175℃；滿足上述條件材料均可充當制造試驗用刺針的候選材料。

進一步地，實際中可根據所用材料的強度要求適當增大直徑；

進一步地，總長度可在110mm的基礎上根據測試情況調整。

本實用新型的原理在于：

提供一種高電阻率、低導熱系數、高材料強度和高硬度的耐高溫材料制成的絕緣刺針來代替GB/T31485-2015中的鋼針進行鋰離子電池針刺測試。凡是符合高電阻率(>10⁹Ω·m，電工絕緣)、低導熱系數(<0.5W m^-1K^-1)、高材料強度和高硬度(滿足硬殼和軟包電池的刺穿強度要求即可)等特征的耐高溫(熔點>175℃)材料均可充當制造試驗用刺針的候選材料，在材料的電阻率和導熱系數和熔點都達到要求時，應選擇材料強度和硬度均更高的材料，以便同時滿足硬殼和軟包電池的刺穿強度要求。制成的用來測試的刺針要保證表面光滑潔凈，針刺測試的其他參數(刺針直徑、針尖角度、針刺速度、刺穿方向和刺穿位置等)可在GB/T31485-2015中規定的基礎上適當調整。

我國現行的電池針刺測試國家標準主要來源于GB/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全及試驗方法》，其給定的電芯及電池組測試方法如下：

1.單體電芯針刺試驗步驟：

a)單體蓄電池按標準6.1.3款所示方法充電；

b)用φ5mm～φ8mm的耐高溫鋼針(針尖角度45°～60°，針的表面光潔、無銹蝕、氧化層及油污)，以(25±5)mm/s的速度，從垂直于蓄電池極板的方向貫穿，貫穿位置宜靠近所刺面的幾何中心，鋼針停留在蓄電池中；

c)觀察1h。

2.電池組針刺試驗步驟：

a)蓄電池模塊按標準6.1.4款所示方法充電；