[發(fā)明專利]一種鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910371323.4
• 申請(qǐng)日: 2019-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN110274815B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王芳;馬天翼;陳立鐸;劉仕強(qiáng);樊彬;劉磊;姜成龍;李玉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司;中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 孫曉鳳

本發(fā)明涉及種鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法，包括鋰離子電池預(yù)處理、鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試、數(shù)據(jù)耦合和過程還原、鋰離子電池內(nèi)部機(jī)械強(qiáng)度分析等主要步驟，這一方法可以驗(yàn)證鋰離子電池的機(jī)械安全性，測(cè)試鋰離子電池在經(jīng)過各項(xiàng)機(jī)械安全性測(cè)試后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為評(píng)估鋰離子電池機(jī)械安全性提供了可靠的評(píng)估依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池最早由Whittingham等在1976年發(fā)明。隨后1981年,Bell實(shí)驗(yàn)室將石墨作為負(fù)極材料成功制成了鋰離子電池，解決了過去用鋰片為負(fù)極所帶來的儲(chǔ)存困難、成本過高、條件苛刻等問題。1991年日本SONY公司第一次制造出商品鋰離子電池，開始了鋰離子電池的商業(yè)化應(yīng)用。商業(yè)化鋰離子電池的主要是由正極、隔膜、負(fù)極和電解液組成。鋰離子電池的正極材料主要是富含鋰的材料，而負(fù)極材料是由可以容納鋰的材料構(gòu)成。當(dāng)電池充電時(shí)，正極材料中的鋰脫嵌，通過電解液和隔膜進(jìn)入負(fù)極，而負(fù)極形成嵌鋰化合物。電池放電時(shí)情況則相反，嵌鋰的負(fù)極材料中鋰脫嵌，通過電解液和隔膜回到正極，完成一個(gè)充放電循環(huán)。鋰離子電池即是鋰以離子的形式在電池正負(fù)極之間轉(zhuǎn)移，使電池完成充放電的過程，因此鋰離子電池又被稱為“搖椅電池”。由于鋰離子電池能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等因素，逐漸被應(yīng)用于電動(dòng)汽車中，作為動(dòng)力電池使用。隨著電動(dòng)汽車的廣泛普及，動(dòng)力電池技術(shù)也得到了快速發(fā)展。

隨著動(dòng)力電池技術(shù)的快速發(fā)展，作為其評(píng)價(jià)手段的動(dòng)力電池測(cè)試技術(shù)也得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。動(dòng)力電池測(cè)試處于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中游，是動(dòng)力電池研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用的重要組成部分。新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，使動(dòng)力電池測(cè)試技術(shù)日趨完善，但仍然存在測(cè)試方法相對(duì)單一、各層級(jí)測(cè)試相對(duì)獨(dú)立的問題。

針對(duì)動(dòng)力電池的壽命、電性能和安全性能要求，我國(guó)制定了一系列測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。然而現(xiàn)有動(dòng)力電池測(cè)試評(píng)價(jià)體系最小測(cè)試單元是電池單體，采用的測(cè)試方法是對(duì)電池樣品進(jìn)行電信號(hào)、機(jī)械信號(hào)和環(huán)境信號(hào)的激勵(lì)，并判斷測(cè)試樣品的響應(yīng)情況。然而這一系列測(cè)試方法，對(duì)于電池單體內(nèi)部的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，如正極、負(fù)極、隔膜等在各項(xiàng)測(cè)試中的演變無從得知。就機(jī)械安全方面，在電動(dòng)汽車的實(shí)際使用過程中，會(huì)由于碰撞等因素對(duì)動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)造成影響，并可能使電池產(chǎn)生起火、爆炸等安全問題。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，通過模擬動(dòng)力電池可能遇到的機(jī)械安全性問題，制定了跌落、擠壓、穿刺等機(jī)械安全性測(cè)試。這類測(cè)試的評(píng)價(jià)指標(biāo)是在經(jīng)過特定的機(jī)械測(cè)試后，通過電池的表現(xiàn)(是否起火、是否爆炸、是否電解液泄漏)來判斷電池是否符合機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)。然而這些測(cè)試方法僅能夠判斷電池的整體結(jié)構(gòu)是否安全，對(duì)于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度無法得知。主要原因有兩方面，一是因?yàn)榻?jīng)過機(jī)械安全性測(cè)試后的電池整體上可能會(huì)發(fā)生較大形變，難以從外觀來分辨電池的結(jié)構(gòu)的破壞情況。二是如果直接對(duì)電池進(jìn)行解剖分析的話，會(huì)對(duì)電池的結(jié)構(gòu)造成破壞，難以獲得真實(shí)的內(nèi)部信息。

計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)測(cè)試方法能夠觀察到電池單體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),但無法判斷內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)斷層掃描的信息，結(jié)合發(fā)明的力學(xué)探針分析方法，提出了對(duì)鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法，能夠有效的對(duì)鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)定位并對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在給出一種鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法，這一方法可以驗(yàn)證鋰離子電池的機(jī)械安全性，測(cè)試鋰離子電池在經(jīng)過各項(xiàng)機(jī)械安全性測(cè)試后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為評(píng)估鋰離子電池機(jī)械安全性提供了可靠的評(píng)估依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是：

一種鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度的分析方法，包括如下步驟：

(1)鋰離子電池預(yù)處理

將鋰離子電池按照測(cè)試需求進(jìn)行充放電預(yù)處理，調(diào)整電池的荷電狀態(tài)至10％以下；

(2)鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試

i)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注