[發明專利]一種內短路觸發元件、內短路觸發電池和內短路觸發方法

在審

• 申請號: 201911215355.1
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110867605A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 劉力碩;馮旭寧;韓雪冰;盧蘭光;歐陽明高
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0585;H01M10/0587;G01R31/378;G01R31/392
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉蘭

本發明提供了一種內短路觸發元件、內短路觸發電池和內短路觸發方法，所述內短路觸發元件在未激活元件前，金屬粉末通過相變材料被隔絕在電池內部，不會觸發電池內短路；元件被激活后，通過循環可以觸發電池的內短路，是較好的模擬電池自引發內短路的方法。相變材料不會與電池內部材料尤其是電解液發生反應，也不會在電壓作用下發生反應，可以在電池內部長期穩定存在。該內短路觸發元件所占空間較小，對電池正常充放電及循環影響較小，布置位置靈活。本申請所提供的內短路觸發方法，能夠實現在全生命周期下的電池內短路觸發，獲取其熱電特征，評價電池老化后的內短路安全性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種內短路觸發元件、內短路觸發電池和內短路觸發方法。

背景技術

內短路是鋰離子電池的關鍵問題，其起因較為復雜，包括：電池內部集流體毛刺刺穿隔膜，造成內短路；電池發生碰撞擠壓導致隔膜破裂，造成內短路；內部雜質顆粒形成枝晶狀刺穿隔膜，造成內短路；快速充電或者低溫充電導致電池出現析鋰刺穿隔膜導致內短路等。

自引發內短路是指電池沒有發生熱濫用、電濫用(過充或過放)、機械濫用(碰撞擠壓等)時，電池內部自然生長導致的短路，而不破壞電池外部結構的完整性，可能使電池發生嚴重的損毀。

為了模擬內短路的特征，現有技術中提供了一些內短路觸發方法，主要包括：在卷芯內植入溫度可控元件，包括記憶合金元件等；通過過放電誘導銅枝晶生長；在卷芯內植入等效內阻等。現有技術方案對電池結構改造較大，與實際使用過程發生的內短路具有根本的區別，不能真切模擬電池的內短路狀態；同時，電池無法長時間循環，因此不適用于全生命周期的內短路安全性評價。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明所提供的一種內短路觸發元件，由相變材料和金屬顆粒混合組成，其中相變材料不會與電池內部材料尤其是電解液發生反應，也不會在電壓作用下發生反應，可以在電池內部長期穩定存在。該元件所占空間較小，對電池正常充放電及循環影響較小，布置位置靈活。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種內短路觸發元件，所述內短路元件包括相變材料和被包覆在所述相變材料內部的金屬顆粒；

其中，所述相變材料的熔點在35～45℃之間。

可選的，所述金屬顆粒的直徑在50～200微米之間；優選的，所述金屬顆粒的直徑在100～160微米之間。

可選的，所述內短路觸發元件的厚度不超過500微米。

可選的，所述相變材料為石蠟。

可選的，所述金屬顆粒選自鐵、銅、鉻、鎳、鋅和銀中的一種或者幾種的組合。

所述的內短路觸發元件的制備方法，包括以下步驟：

在一層融化的相變材料上，加入金屬粉末，再加入一層融化的相變材料，冷卻后獲得所述內短路觸發元件；

或者；

將融化相變材料與金屬粉末摻混，制作均勻的懸濁液，注入模具中，冷卻后除去表面多余的金屬粉末，得到所述內短路觸發元件。

一種內短路觸發電池，所述電池為層疊式電池或卷繞式電池，所述電池包括依次設置的負極集流體、負極材料、隔膜、正極材料和正極集流體，所述內短路觸發元件設置在正極材料和隔膜之間。

一種內短路觸發方法，包括以下步驟：

(a)將所述內短路觸發電池進行老化循環，直到得到特定SOH的老化電池；

(b)將步驟(a)得到的老化電池在35～45℃下加熱10～60分鐘，激活所述內短路觸發元件；