一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法

摘要

本发明涉及一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法，包括：将设有金属片的锂电池放在密闭箱内的下压装置下部，通过控制各种测试条件，记录锂电池的内部变化，进而进行数据的归纳总结，分析强制内部短路与相关因素的具体关系。本发明模拟电芯在制造过程中可能进入的金属粉尘、碎料颗粒等杂质，利用热成像原理，间接反映发生内部短路的过程；监控终端记录强制内部短路的条件及过程，有利于进行系统的归纳总结得，以保障电池生产过程中的安全防护。

说明书

技术领域

本发明涉及电芯安全测试技术领域，特别涉及一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法。

背景技术

锂电池电芯在制作加工过程中，可能引入的金属粉尘、碎料颗粒等杂质，在正负极间刺穿隔膜造成内部短路，是电池生产过程的潜在危险。现有的测试装置不能科学的阐述电池内部短路的具体情况，更不能呈现内部短路与各个因素之间的关系(如与外压力大小、测试环境温度、充电电流大小等)。因此，导致了行业内工作人员对具有安全隐患的电芯不能及时分辨及挑出，容易在生产过程或运输途中发生起火爆炸事故，造成人身和财产损失。

发明内容

本发明提供了一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法，解决了以上所述的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法，包括：

步骤1、将锂电池的卷芯放置在密闭箱内的下压装置的正下方，并将所述卷芯与电压表或电流表相连，其中，所述卷芯的正负极之间设置有金属片；

步骤2、通过位于所述密闭箱外的监控终端，调整所述下压装置的底部与所述卷芯的上表面接触；

步骤3、通过所述监控终端，预设所述下压装置的下压速度以及控制环境调节组件以调节所述密闭箱内的环境条件至第一预设环境条件；

步骤4、启动所述电压表或电流表、所述下压装置以及位于所述密闭箱内的热成像探测仪；

步骤5、根据所述下压速度、第一预设环境条件、所述卷芯内部的温度变化数据以及电压数据或电流数据，进行数据统计分析，其中，所述温度变化数据为所述监控终端通过所述热成像探测仪采集的所述卷芯内部的温度变化数据，所述电压数据为所述电压表采集的所述正负极之间的电压数据，所述电流数据为所述电流表采集的所述卷芯内部的电流数据。

本发明的有益效果是：本发明模拟电芯在制造过程中可能进入的金属粉尘、碎料颗粒等杂质，在正负极间刺穿隔膜造成内部短路时的潜在危险程度；利用热成像原理，观察、记录卷芯内部的热能变化，间接反映发生内部短路的过程；监控终端记录强制内部短路的条件及过程(压力大小、箱内温度、电流大小等)，对不同测试结果，进行归纳总结得出系统数据，有利于电池生产过程中安全防护。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1之前，所述方法还包括：

步骤6、将所述卷芯从满电的所述锂电池的外壳中取出，将所述金属片放置在所述正负极之间，并在所述卷芯的表面上对应所述金属片的位置处做指示标记，之后，将所述卷芯放入所述外壳内以复原；

步骤7、通过所述监控终端，控制所述环境调节组件以调节所述密闭箱内的环境条件至第二预设环境条件。

本发明的进一步有益效果是：在卷芯的表面做标记，在将锂电池放入密闭箱内，锂电池由于翻到等不容易被人记住金属片放置在哪一边，因此在将锂电池放入密闭箱内之前先对电池做标记，便于后续在密闭箱内的操作。

进一步，所述第二预设环境条件包括：温度为20±5℃，露点不大于-25℃。

本发明的进一步有益效果是:先设定一个电池的适宜环境，有助于延长电池的寿命。

进一步，所述步骤1包括：

步骤1.1、将正负极之间设置有金属片的锂电池放入密闭箱内，并放置预设时间；

步骤1.2、若所述锂电池未燃烧，将所述锂电池的卷芯从所述锂电池的外壳中取出，将所述卷芯以所述指示标记所在的一面朝上的方式放置在所述下压装置的正下方；

步骤1.3、将所述锂电池的正负极极耳通过夹子与所述电压表或电流表相连。

本发明的进一步有益效果是：将锂电池放入密闭箱内后，先将其在该密闭箱的适宜环境中放置一段时间，若锂电池发红或燃烧，说明电池发生短路，该电池不合格，结束后续测试，若电池正常，则进行后续测试，该方法有利于提高测试精度和效率。另外，锂电池与电压表与电流表连接，以便在整个测试过程中实时采集锂电池中的电压变化或电流变化用于统计分析研究。另外，根据指示标记，高效的确定金属片所在的一侧，并将指示标记朝上放置卷芯，下压装置在下压过程中便于金属片刺穿卷芯中的隔膜造成内部短路。

进一步，所述预设时间为30～60分钟。

本发明的进一步有益效果是：根据锂电池的种类和测试要求，将锂电池在测试之前放置30～60分钟，以保证用于测试研究的锂电池是正常的。

进一步，所述环境调节组件包括：温度调节单元，露点调节单元，以及空气净化单元；

所述步骤3具体包括：

通过所述监控终端，预设所述下压装置的下压速度为预设速度，预设所述密闭箱内的环境条件为第一预设环境条件，并控制所述密闭箱体内的温度调节单元、露点调节单元和空气净化单元，使得所述密闭箱内的环境条件达到所述第一预设环境条件。

本发明的进一步有益效果是：在测试之前，使用控制单因素变量法，分析强制内部短路与相关因素的具体关系，即根据实际要统计的因素对内部短路的影响，在测试之前，更改设置下压速度、环境条件，以根据监控终端采集到的具体数据或相关数据变化，对大量测试进行对比，得出系统数据。

进一步，所述方法还包括：

步骤8、当所述监控终端采集的电压值达到电压阈值、采集的电流值达到电流阈值或者根据下压速度计算得到的压力值达到压力阈值时，通过所述监控终端关闭所述下压装置。

本发明的进一步有益效果是：根据测试精度和范围，设定阈值，以提高分析测试的精度。

进一步，所述金属片为镍片。

进一步，所述密闭箱为手套箱。

本发明的进一步有益效果是：手套箱便于操作，且内部的环境条件易于控制。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法的示意性流程图；

图2为本发明另一实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法的示意性流程图；

图3为本发明另一实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法中步骤110的示意性流程图；

图4为本发明另一实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法的示意性流程图；

图5为本发明另一实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法所用的测试装置的示意性结构图；

图6为本发明另一实施例提供的一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法中锂电池的内部示意性结构图。

附图中，各标号所代表的元件列表如下：

1、手套箱，2、露点仪，3、真空探测仪，4、手套箱入口，5、过渡通道，6、强制内部短路测试箱，7、下压装置，8、通风口，9、热成像探测仪，10、夹子，11、监控终端，12、卷芯，121、正负极极耳，122、隔膜，123、活性物质层，124、正极集流体层，13、镍片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

一种基于强制锂电池内部短路的分析测试方法100，如图1所示，包括：

步骤110、将锂电池的卷芯放置在密闭箱内的下压装置的正下方，并将卷芯与电压表或电流表相连，其中，卷芯的正负极之间设置有金属片。

步骤120、通过位于密闭箱外的监控终端，调整下压装置的底部与卷芯的上表面接触。

步骤130、通过监控终端，预设下压装置的下压速度以及控制环境调节组件以调节密闭箱内的环境条件至第一预设环境条件。

步骤140、启动电压表或电流表、下压装置以及位于密闭箱内的热成像探测仪。

步骤150、根据下压速度、第一预设环境条件、卷芯内部的温度变化数据以及电压数据或电流数据，进行数据统计分析，其中，温度变化数据为监控终端通过热成像探测仪采集的卷芯内部的温度变化数据，电压数据为电压表采集的正负极之间的电压数据，电流数据为电流表采集的卷芯内部的电流数据。

本实施例模拟电芯在制造过程中可能进入的金属粉尘、碎料颗粒等杂质，在正负极间刺穿隔膜造成内部短路时的潜在危险程度；利用热成像原理，观察、记录卷芯内部的热能变化，间接反映发生内部短路的过程；监控终端记录强制内部短路的条件及过程(压力大小、箱内温度、电流大小等)，对不同测试结果，进行归纳总结得出系统数据，有利于电池生产过程中安全防护。

实施例二

在实施例一的基础上，如图2所示，步骤110之前，方法100还包括：

步骤160、将卷芯从满电的锂电池的外壳中取出，将金属片放置在正负极之间，并在卷芯的表面上对应金属片的位置处做指示标记，之后，将卷芯放入外壳内以复原。

步骤170、通过监控终端，控制环境调节组件以调节密闭箱内的环境条件至第二预设环境条件。

在卷芯的表面做标记，在将锂电池放入密闭箱内，锂电池由于翻到等不容易被人记住金属片放置在哪一边，因此在将锂电池放入密闭箱内之前先对电池做标记，便于后续在密闭箱内的操作。

另外，需要说明的是，可将复原后的锂电池放入密封袋内，以防锂电池中的电解液挥发。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，第二预设环境条件包括：温度为20±5℃，露点不大于-25℃。

先设定一个电池的适宜环境，有助于延长电池的寿命。

实施例四

在实施例一至实施例三中任一实施例的基础上，如图3所示，步骤110包括：

步骤111、将正负极之间设置有金属片的锂电池放入密闭箱内，并放置预设时间。

步骤112、若锂电池未燃烧，将锂电池的卷芯从锂电池的外壳中取出，将卷芯以指示标记所在的一面朝上的方式放置在下压装置的正下方。

步骤113、将锂电池的正负极极耳通过夹子与电压表或电流表相连。

将锂电池放入密闭箱内后，先将其在该密闭箱的适宜环境中放置一段时间，若锂电池发红或燃烧，说明电池发生短路，该电池不合格，结束后续测试，若电池正常，则进行后续测试，该方法有利于提高测试精度和效率。另外，锂电池与电压表与电流表连接，以便在整个测试过程中实时采集锂电池中的电压变化或电流变化用于统计分析研究。

需要说明的是，若锂电池放入密闭箱之前是放置在密封袋内，则在步骤112中，在检查锂电池没有燃烧后，先将锂电池从密封袋中取出，再将锂电池的卷芯从锂电池的外壳中取出。另，根据指示标志，高效的确定金属片所在的一侧，并将指示标记朝上放置卷芯，下压装置在下压过程中便于金属片刺穿卷芯中的隔膜造成内部短路。

步骤111中的上述预设时间为30～60分钟。

根据锂电池的种类和测试要求，将锂电池在测试之前放置30～60分钟，以保证用于测试研究的锂电池是正常的。

实施例五

在实施例一至实施例四中任一实施例的基础上，环境调节组件包括：温度调节单元，露点调节单元，以及空气净化单元。

步骤130具体包括：通过监控终端，预设下压装置的下压速度为预设速度，预设密闭箱内的环境条件为第一预设环境条件，并控制密闭箱体内的温度调节单元、露点调节单元和空气净化单元，使得密闭箱内的环境条件达到第一预设环境条件。

在测试之前，使用控制单因素变量法，分析强制内部短路与相关因素的具体关系，即根据实际要统计的因素对内部短路的影响，在测试之前，更改设置下压速度、环境条件，以根据监控终端采集到的具体数据或相关数据变化，对大量测试进行对比，得出系统数据。

实施例六

在实施例一至实施例五的基础上，如图4所示，方法100还包括：

步骤180、当监控终端采集的电压值达到电压阈值、采集的电流值达到电流阈值或者根据下压速度计算得到的压力值达到压力阈值时，通过监控终端关闭下压装置。

根据测试精度和范围，设定阈值，以提高分析测试的精度。

需要说明的是，当电压值、电流值和压力值中的其中任一值达到阈值，均通过监控终端关闭下压装置，已使得下压装置停止工作，提高采集到的数据的准确度和利用率。因为根据不同的实验要求，对应的各阈值不同，超过阈值时，采集到的数据会不适用于统计分析，造成采集到的数据的浪费，甚至增大数据处理的负担。

实施例七

在实施例一至实施例六的基础上，金属片为镍片，密闭箱为手套箱。

手套箱便于操作，且内部的环境条件易于控制。

例如，如图5所示的测试装置。在温度20±5℃，露点≤-25℃(露点仪2测得)的环境下(真空手套箱内，真空度通过真空探测仪测得)。将电池充满电，并放入手套箱1，进行测试前准备(镍片、操作系统开启、仪器正常使用等准备)。将卷芯从外壳中取出，将L形镍片(厚度为0.2mm，L形的每边的边长为1mm、宽为0.1mm)放入正负极之间，如图6所示，13为镍片，121为正负极极耳，122为隔膜，123为活性物质层，124为正极集流体层。

放入镍片后，在卷芯的表面镍片对应的位置处用油性笔作上标记，将卷芯12复位，装入样品袋中，以避免电解液挥发。把卷芯12快速经手套箱1与强制内部短路测试箱6的过渡通道5(手套箱和强制内部短路测试箱构成一个密闭箱)，放入强制内部短路测试箱6中，整个过程在30分钟内完成。袋子在强制内部短路测试箱6中存放45±15mi n，将卷芯12从袋子里取出，使带有标记面向上，放置在下压装置7的正下方，调整下压装置7，使压力装置接近卷芯(无限接近，但尚未挤压卷芯)。通过监控终端11调节测试需要的条件和环境，设置下压速度(0.1mm/秒)，正负极极耳上连接夹子10，夹子与电压表或电流表相连(用来显示下压过程中的电压、电流变化，另外电流表显示充电电流的大小，用来模拟测试通过内部短路电芯继续使用时的安全问题)，设置强制内部短路测试箱6的初始温度，启动热成像探测仪9，最后启动整个装置，通过监控终端11记录汇总测试数据。

在测试过程中，直到达到如下情形时停止测试：电芯电压降低到50mv，或压力达到800N(棱型电芯，压力达到400N时停止)。

通过热成像探测仪9，传送电池内部温度变化情况，监控终端记录、汇总过程数据，对比测试过程中的各个变量得出结论；同时通过监控终端可以控制压力、电流大小、测试箱内温度等单因素变化，分析各个因素的影响，是测试更具说服力，并慢慢增加变量，最终得到科学、规范的测试数据。

热成像原理，通过温度变化间接反映强制内部短路电芯的内部变化；控制单因素变量法，分析强制内部短路与相关因素的具体关系；利用监控终端记录过程中具体数据或者变化，对大量测试进行对比，得出系统数据。此方法能系统的进行强制内部短路测试，并得到系统的结论，另外，手套箱中拆解电池，可以避免极片接触空气中水分，发生氧化或者燃烧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。