[发明专利]一种电池针刺实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池针刺实验装置及实验方法，用于测试电池安全性、研究内短路所引发的热失控行为的实验，以及实验中常用的针刺实验装置，属于电池安全技术领域。

背景技术

电池，尤其是锂离子电池在航空航天，汽车，手机等领域有着越来越广泛的应用。电池的安全性问题也日益凸显，手机电池爆炸、电动汽车事故并起火爆炸的新闻也时有报道。电池安全问题及机械完整性研究引起了相关领域研究人员的重视。

目前已有多种处于研究阶段的电池安全性测试及实验方法，包括对应的实验装置。这些实验中有用于研究电池整体机械完整性的压缩、三点弯和压痕实验，也有用于研究内短路及热失控问题的针刺、内部隔膜异物刺穿等实验。

常用的电池针刺实验装置均是基于实心针状压头的，结合力学、电化学实验装置对平放的电池进行刺穿实验，并实时检查针刺过程以及刺进之后一段时间电池的电化学量，以实现对电池安全性的评判以及短路热失控行为规律的研究。

现有的实验装置主要存在的主要问题是无法对针刺位置内部的温度进行测量，同时也存在针头更换不灵活、刺针能量耗散较大等问题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种电池针刺实验装置及实验方法，拓展了现有电池针刺实验中所用的针刺装置，采用空心可更换针头设计，从提高了实验中温度测量的精度以及改善了装置的适用性。

本发明采用的技术方案为：

本发明的一种电池针刺实验装置，其特点在于：所述实验装置由侧面带通孔的空心圆柱状的针体与尖头带内孔的子弹头状的针头组成，所述针体与针头通过螺纹连接。

所述针体与由内外两个圆柱，内圆柱的一段内螺纹以及侧壁通孔组成。其中出内圆柱与螺纹直径相同，直径可以取3mm至6mm，外圆柱的直径大于内圆柱直径，可以取6mm至10mm。

所述针头的由一段外螺纹，一个圆柱，一个圆锥以及内侧的盲孔组成。其中螺纹尺寸与针体内螺纹相匹配，圆柱直径与针体外圆柱相同。

通过调节所述空心圆柱状的针体的长度、直径以及更换所述针头的形状以满足不同类型电池和不同类型实验的需求。其中针体长度可根据所匹配的材料试验机选择，一般取15mm至30mm，直径同针体外圆柱直径，常用的形状有尖头圆锥、圆头圆锥、圆头圆柱、尖头圆柱和平头圆柱。

所述针头由导热系数大于100W/m·K的材料制成；所述材料优选为铜(380W/m·K)或铝(160W/m·K)。

所述针体由导热系数小于20W/m·K的材料制成，或根据实验需求更换为不导电的材料；所述导热系数小于20W/m·K的材料优选为不锈钢(17W/m·K)；所述不导电的材料优选陶瓷。

所述实验装置采用车削、铣削以及钻孔加工方法制成。

使用时，根据实验要求加工几种不同形状尺寸针头，由于是螺纹连接，需要更换时无需将整个装置拆下，直接旋下针头并替换即可。

所述空心圆柱状针体中的空心圆柱作为空心通道，及针体的侧孔用于布置热电偶温度传感器。

本发明一种电池针刺实验方法，其特点在于：将热电偶温度传感器布置于侧面带通孔的空心圆柱状的针体中，热电偶温度传感器的测点与子弹头状针头内壁相接触，将所述实验装置的上端与已有的进给装置连接，将电池平放在通用力学试验机的实验平台上，将电池两个极片与数字万用表连接以辅助判断电池失效，控制力学实验机以一定速度(0.5mm/min～50mm/min)进给一定的距离(0.5mm～5mm)，同时记录数字万用表的电压、热电偶的温度和通用力学试验机的载荷数据。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明电池针刺实验装置的内部为空芯，便于温度传感器的布置，以满足电池针刺实验需要短路点内部温度实时准确测量的要求，提高了测量精度。

(2)通过合理选择针头与针体的材料，可以减少刺针的能量传播，减少刺针电池本身温度分布的影响。

(3)本发明的针头针体分离式的设计，有利于减少实验过程中从针刺装置耗散的能量，提高了实验的准确性。

(4)同时本发明提供了可更换针头形状的设计，便于适配不同的电池和实验。

(5)本发明采用现有的铣削、车削和钻孔工艺制成空心的电池针刺实验装置，方法简单，并可以运用于电池安全研究领域。

附图说明

图1为本发明中针刺装置的基本形状；

图2为本发明中针刺装置的装配及剖视图；

图3为本发明的一种电池针刺实验方法。

具体实施方式