[发明专利]一种评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池安全性能评估的技术领域，特别涉及一种评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针。

背景技术

锂离子电池作为一种具有比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、储存寿命长等优点新能源电池，其应用涉及便携式设备、新能源汽车、储能和军事等诸多领域。但由于锂离子电池材料体系中含有大量活性物质和有机易燃物，在各种滥用条件下极易导致安全事故的发生。如2017年5月发生在北京蟹岛度假村80辆电动大巴车起火事件，造成了近亿元损失。再如2016年发生的三星Note 7手机电池爆炸事件，在整个社会层面内都产生了广泛的负面影响。因此，评价锂离子电池的安全性能具有重要意义。

研究表明，与外短路、过充、过热等电池滥用条件相比，电池内短路时的危险性最大，并很有可能引发热失控。内短路的诱发方式包括生产毛刺、电池内部绝缘不完全、引入金属杂质、锂枝晶和外力挤压或穿刺撕裂隔膜等。目前国内外关于锂离子电池内短路的实验模拟手段做过很多研究，包括针刺和挤压实验、植入金属杂质和基于相变材料的内短路触发器件。上述方法各有优缺点，但目前得到广泛接受并被标准化的模拟内短路的锂离子电池安全性能评价方法只有针刺测试。依现行的针刺测试国家标准GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全及试验方法》对电池进行针刺测试时，由于测试使用的是钢针，刺穿电池后存在电流通路过大和钢针导热量过大等问题，导致传统针刺测试方法不能准确地评价锂离子电池的安全性能。本发明采用的一种新型绝缘刺针可以很好地解决上述问题。

发明内容

为了解决传统锂离子电池针刺测试时不锈钢针导致的电池快速放电和钢针导热问题，本发明提供了一种高电阻率、低导热系数、高材料强度和高硬度的耐高温材料制成的新型绝缘刺针来代替现行针刺测试国家标准GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全及试验方法》中的钢针进行针刺测试。

本发明采取的技术方案为：

一种用于评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针，用来代替现行标准中电池针刺测试使用的钢针(包括单体电芯和电池模组的测试)，所述新型绝缘刺针的制作原材料是一种高电阻率、低导热系数、高材料强度和高硬度的耐高温材料，包括：凡是符合高电阻率(>10⁹Ω·m，电工绝缘)、低导热系数(<0.5W m^-1K^-1)、高材料强度和高硬度(满足硬壳和软包电池的刺穿强度要求即可)等特征的耐高温(熔点>175℃)材料均可充当制造试验用刺针的候选材料，在材料的电阻率、导热系数和熔点都达到要求时，应尽量选择材料强度和硬度均更高的材料，以便同时满足硬壳和软包电池的穿刺强度要求。

进一步地，所述刺针应为带尖头的圆柱体，总长度可在110mm的基础上根据情况调整(如对于电池模组的测试可适当增加长度)，同时要保证表面光滑洁净，从而排除杂质或者其他污染物的影响。

进一步地，用所述刺针进行针刺测试时，测试的其他参数可在GB/T31485-2015中规定的基础上适当调整，如刺针直径的基准值为5～8mm(单体电芯)和6～10mm(电池模组)，实际中可根据所用材料的强度要求适当增大直径；针头尖角取值范围45°～60°；针刺速度25±5mm/s；刺穿方向垂直于电池极板；刺穿位置位于所刺面的几何中心。

本发明的原理在于：

提供一种高电阻率、低导热系数、高材料强度和高硬度的耐高温材料制成的新型绝缘刺针来代替GB/T31485-2015中的钢针进行锂离子电池针刺测试。凡是符合高电阻率(>10⁹Ω·m，电工绝缘)、低导热系数(<0.5W m^-1K^-1)、高材料强度和高硬度(满足硬壳和软包电池的刺穿强度要求即可)等特征的耐高温(熔点>175℃)材料均可充当制造试验用刺针的候选材料，在材料的电阻率和导热系数和熔点都达到要求时，应选择材料强度和硬度均更高的材料，以便同时满足硬壳和软包电池的刺穿强度要求。制成的用来测试的刺针要保证表面光滑洁净，针刺测试的其他参数(刺针直径、针尖角度、针刺速度、刺穿方向和刺穿位置等)可在GB/T31485-2015中规定的基础上适当调整。

我国现行的电池针刺测试国家标准主要来源于GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全及试验方法》，其给定的电芯及电池组测试方法如下：

1.单体电芯针刺试验步骤：

a)单体蓄电池按标准6.1.3款所示方法充电；