[發明專利]一種定點析鋰的電池內短路模擬方法

有效

• 申請號: 201811282058.4
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109473743B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張劍波;李哲;劉中孝;葛昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;G01R31/385;G01R31/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及一種定點析鋰的電池內短路模擬方法，屬于鋰離子電池安全技術領域。本發明的模擬方法在正極活性材料層、負極活性材料層或隔膜等部件中引入局部缺陷，并將一種或多種存在局部缺陷的電池部件組裝成電池。對所述存在局部缺陷的電池在一定規程下進行充放電循環，誘導電池在局部缺陷的位置發生析鋰，并使析出的金屬鋰持續生長直至刺穿隔膜或者穿過隔膜間的微孔，使電池正負極接觸，誘發電池發生內短路。所述定點析鋰的電池內短路模擬方法由電池內部觸發，可以在不破壞電池的機械結構，不改變電池組件的情況下，可以控制引發內短路的位置以及內短路的類型，從而更好的模擬電池在真實情況下可能發生的內短路情況。

技術領域

本發明涉及一種定點析鋰的電池內短路模擬方法，屬于鋰離子電池安全技術領域。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度大、循環壽命長、無記憶效應、自放電率低等優點，在移動通訊、手提電腦乃至電動汽車、混合動力汽車等設備中被廣泛使用。然而，鋰離子動力電池存在一定的潛在安全問題，近年來頻發的電動車起火爆炸事故，對消費者的人身安全和財產安全造成了一定的威脅。造成電池起火爆炸的主要原因是電池發生內短路引發熱失控、熱蔓延等現象。因此有必要對電池發生內短路的成因進行探究。目前模擬鋰離子電池內短路的方法大多是在電池內置入不屬于電池組分的熱敏元件，如中國專利申請CN108390112A，公開了一種電池內短路的模擬方法和裝置，或者摻入不屬于電池成分的金屬顆粒，如中國專利申請CN 108134126A，公開了一種電池內短路的觸發方法。其中置入熱敏元件的方法是將具有預設溫度之上導電，預設溫度之下絕緣的元件置入電池內并與正負極連接，之后將電池升溫至預設溫度，使熱敏元件導電，進而使正負極連接，從而使電池誘發內短路。摻入金屬顆粒的方法中，將電池解體后，在電池正極與隔膜間摻入直徑為10～500μm的金屬顆粒，之后對電池充放電循環，使該部分金屬參與反應生成枝晶，直至刺穿隔膜誘發內短路。但是這些方法都會改變電池的內部結構，甚至摻入不屬于電池自身結構的部件，這些改變與電池在實際使用中出現的內短路情況有較大的差異。因此需要尋找在不改變鋰離子電池結構，不在電池內引入不屬于電池結構的部件的前提下，在充放電過程中觸發內短路的方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種定點析鋰的電池內短路模擬方法，通過在電池內部引入局部不一致性，實現定點金屬鋰生長，直至金屬鋰刺穿隔膜或穿過隔膜中微孔連接正負電極層，進而誘發內短路，進而模擬鋰離子電池在真實情況下發生內短路。

本發明提出的定點析鋰的電池內短路模擬方法，包括以下步驟：

(1)制備一個用于模擬電池內短路的電池單元，電池單元如圖1所示。該電池單元包括正極集流體1、正極活性材料層2、隔膜3、負極活性材料層4和負極集流體5，制備過程中，在該電池單元的正極活性材料層2、隔膜3或負極活性材料層4中的任意一個或多個上同時引入局部缺陷，其中：

在正極活性材料層2與隔膜3相接觸的表面上引入局部缺陷，引入局部缺陷的方法包括：

方法a：在正極集流體1上涂布正極活性材料漿料，使正極活性材料層S2的厚度為正極活性材料層2正常厚度h₂的101～150％；

方法b：在正極集流體1正常面積s₁的1～10％面積上，用水擦除部分正極活性材料層S1，獲得局部沒有活性材料的正極電極層；

方法c：在正極活性材料層2的表面，使用功率為10～20W的激光，將一定形狀內的5％～100％的活性物質清除，獲得存在局部缺陷的正極活性材料層2，所述的形狀為圓形、三角形或正方形；

方法d：對正極活性材料層1的0.01～3cm²面積上，施加400～500牛頓的壓力，改變一個位置或多個位置處正極活性材料層2的孔隙率；

方法e：對正極活性材料層2的0.01～3cm²面積上，增加80～100mg的正極活性材料，改變一個位置或多個位置處正極活性材料層的量；