[发明专利]一种内短路触发元件、内短路触发电池和内短路触发方法

说明书

本发明提供了一种内短路触发元件、内短路触发电池和内短路触发方法，所述内短路触发元件在未激活元件前，金属粉末通过相变材料被隔绝在电池内部，不会触发电池内短路；元件被激活后，通过循环可以触发电池的内短路，是较好的模拟电池自引发内短路的方法。相变材料不会与电池内部材料尤其是电解液发生反应，也不会在电压作用下发生反应，可以在电池内部长期稳定存在。该内短路触发元件所占空间较小，对电池正常充放电及循环影响较小，布置位置灵活。本申请所提供的内短路触发方法，能够实现在全生命周期下的电池内短路触发，获取其热电特征，评价电池老化后的内短路安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种内短路触发元件、内短路触发电池和内短路触发方法。

背景技术

内短路是锂离子电池的关键问题，其起因较为复杂，包括：电池内部集流体毛刺刺穿隔膜，造成内短路；电池发生碰撞挤压导致隔膜破裂，造成内短路；内部杂质颗粒形成枝晶状刺穿隔膜，造成内短路；快速充电或者低温充电导致电池出现析锂刺穿隔膜导致内短路等。

自引发内短路是指电池没有发生热滥用、电滥用(过充或过放)、机械滥用(碰撞挤压等)时，电池内部自然生长导致的短路，而不破坏电池外部结构的完整性，可能使电池发生严重的损毁。

为了模拟内短路的特征，现有技术中提供了一些内短路触发方法，主要包括：在卷芯内植入温度可控元件，包括记忆合金元件等；通过过放电诱导铜枝晶生长；在卷芯内植入等效内阻等。现有技术方案对电池结构改造较大，与实际使用过程发生的内短路具有根本的区别，不能真切模拟电池的内短路状态；同时，电池无法长时间循环，因此不适用于全生命周期的内短路安全性评价。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明所提供的一种内短路触发元件，由相变材料和金属颗粒混合组成，其中相变材料不会与电池内部材料尤其是电解液发生反应，也不会在电压作用下发生反应，可以在电池内部长期稳定存在。该元件所占空间较小，对电池正常充放电及循环影响较小，布置位置灵活。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种内短路触发元件，所述内短路元件包括相变材料和被包覆在所述相变材料内部的金属颗粒；

其中，所述相变材料的熔点在35～45℃之间。

可选的，所述金属颗粒的直径在50～200微米之间；优选的，所述金属颗粒的直径在100～160微米之间。

可选的，所述内短路触发元件的厚度不超过500微米。

可选的，所述相变材料为石蜡。

可选的，所述金属颗粒选自铁、铜、铬、镍、锌和银中的一种或者几种的组合。

所述的内短路触发元件的制备方法，包括以下步骤：

在一层融化的相变材料上，加入金属粉末，再加入一层融化的相变材料，冷却后获得所述内短路触发元件；

或者；

将融化相变材料与金属粉末掺混，制作均匀的悬浊液，注入模具中，冷却后除去表面多余的金属粉末，得到所述内短路触发元件。

一种内短路触发电池，所述电池为层叠式电池或卷绕式电池，所述电池包括依次设置的负极集流体、负极材料、隔膜、正极材料和正极集流体，所述内短路触发元件设置在正极材料和隔膜之间。

一种内短路触发方法，包括以下步骤：

(a)将所述内短路触发电池进行老化循环，直到得到特定SOH的老化电池；

(b)将步骤(a)得到的老化电池在35～45℃下加热10～60分钟，激活所述内短路触发元件；