CN211905034U - 一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置。本申请的装置包括微型压力机、尖刺模具和电源；微型压力机包括压头、支架和底座，支架装于底座上，将微型压力机支撑于底座正上方，压头可上下移动的安装于底座正上方；尖刺模具表面具有若干微米级的尖刺，尖刺模具由模具支架支撑安装于底座上，尖刺模具呈尖刺向上安装，整个尖刺模具位于压头正下方；压头和尖刺模具都采用导电材料制备，电源的正负极分别连接压头和尖刺模具。本申请的装置，能模拟电池隔膜使用过程中遭受的微粒或枝状晶体的破坏，不仅可以更准确有效的检测隔膜抗微粒和枝状晶体破坏的性能，而且可以用于研发耐微粒和枝状晶体破坏的隔膜，为电池的安全性提供更好的保障。

Description

一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置

技术领域

本申请涉及电池隔膜检测设备领域，特别是涉及一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置。

背景技术

隔膜是锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池安全性能有重大影响。隔膜的主要功能是防止正负极短路以及允许离子传输。理论上，通过隔膜微孔的关闭就可以防止电池的热失控，但近年来的一些事故表明这种关闭并不十分有效。也就是说，即便理论上隔膜的微孔已经关闭；但是，内部短路仍然有发生，造成短路事故。

针对以上问题，除了进一步的研发改进隔膜的闭孔性能以外，增强隔膜的穿刺性能也是一种解决方案。但是，实践证明即便增强了隔膜的穿刺性能，电池在使用过程中仍然会有内部微短路的情况发生。

发明内容

本申请的目的是提供一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，包括微型压力机、尖刺模具和电源；微型压力机包括压头、支架和底座，支架安装于底座上，将整个微型压力机支撑安装于底座的正上方，压头可上下移动的安装于底座的正上方；尖刺模具的表面具有若干个微米级的尖刺，尖刺模具由模具支架支撑安装于底座上，并且，尖刺模具呈尖刺向上安装，整个尖刺模具位于压头的正下方；压头和尖刺模具都采用导电材料制备，电源的正负极分别连接压头和尖刺模具。

需要说明的是，本申请研究发现，即便电池隔膜具有较强的穿刺性能，仍然会有内部微短路的情况发生，其原因主要有两方面，第一，较小的金属微粒在制造过程中进入电池，在充放电循环中刺穿隔膜后，在电池之间提供了直接的短路路径；第二，电池在使用过程中电池内部会逐渐形成枝状晶体，刺破隔膜，造成内部微短路。这些微粒或枝状晶体尖刺的粒径一般在微米级别，目前没有较好的方法或设备来模拟微粒或枝状晶体对隔膜的破坏。基于以上分析和认识，本申请研发了一种新的模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置。本申请的装置，一方面，通过微米级的尖刺对微粒或枝状晶体尖刺的粒径进行模拟；另一方面，通过施加电流的方式，模拟隔膜实际的电路使用环境，使得测试更准确有效的反应隔膜的性能。

另外，可以理解，本申请的尖刺模具可以根据需求进行替换，例如替换不同尺寸大小尖刺的尖刺模具，以便于测试和比较不同尖刺对隔膜的破坏。

优选的，尖刺模具与模具支架之间或者模具支架与底座之间由绝缘块连接。

需要说明的是，绝缘块连接的目的是在尖刺模具连接电源后，将其隔绝开来，避免短路或触电等安全事故。

优选的，电源与压头和尖刺模具的连接电路上设置有电流检测装置。

需要说明的是，电流检测装置的作用是检测电路是否接通，是否有电流产生。可以理解，本申请检测的是微粒或枝状晶体对隔膜的破坏，这种破坏在实际的电池隔膜使用过程中就是产生内部微短路；因此，本申请也以电路中产生电流进行内部微短路的模拟，以此判断微粒或枝状晶体对隔膜的破坏。原则上，在刚好产生电流时，所输出的压力值，即可以表征电池隔膜对微粒或枝状晶体的抗性；也就是说，该压力值越大，电池隔膜的性能就越好，越不容易出现内部微短路的事故。可以理解，该压力值可能与电池隔膜的穿刺强度有关，也可能关联不大。

优选的，电流检测装置为电流表、电压表、万用表或电流传感器。

可以理解，电流检测装置只要能够检测电路中的电流即可，可以是电流表、电压表、万用表或电流传感器。

优选的，电源与压头和尖刺模具的连接电路上设置有保护装置。

优选的，保护装置为保险丝。

需要说明的是，本申请的保险丝就是电路设计中常规使用的保险丝，其作用在于避免尖刺模具刺穿电池隔膜后与压头直接接触而造成的短路。

优选的，电源与压头和尖刺模具的连接电路上设置有电阻。

需要说明的是，电阻的设计在一定程度上也起到保护电路的作用，可以理解，电路中电阻越大电流越小，安全性越高，相应的对电流检测装置的敏感性要求越大。具体的电阻值可以根据需求而定，在此不作具体限定。

优选的，电源与压头和尖刺模具的连接电路上设置有电源开关。

需要说明的是，电源开关的作用是直接断开电路，在不使用时，或者已经明确测到电池隔膜内部微短路时，为了避免对电路造成损伤或保障安全性，可以直接通过电源开关断开电路，结束测试。

由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：

本申请模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，能够模拟电池隔膜在使用过程中所遭受的微粒或枝状晶体的破坏，不仅可以更准确有效的检测隔膜抗微粒和枝状晶体破坏的性能，而且可以用于研发耐微粒和枝状晶体破坏的隔膜，为电池的安全性提供更好的保障。

附图说明

图1是本申请实施例中模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置的结构示意图；

图2是本申请实施例中模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置的尖刺模具的侧面结构示意图；

图3是本申请实施例中模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置的尖刺模具的正面结构示意图。

具体实施方式

隔膜的穿刺强度是指实验针刺穿隔膜时所需要的力，该特征能够反映隔膜的机械强度；但是，穿刺强度大的隔膜仍然无法避免内部微短路的情况发生。本申请发明人分析认为，这可能是两种原因造成的：第一，较小的金属微粒在制造过程中进入电池，在充放电循环中刺穿隔膜造成内部微短路；第二，隔膜内部形成的枝状晶体刺破隔膜，造成内部微短路。这两种情况都无法通过现有的穿刺强度测试来衡量。

因此，本申请特别研发了一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，即包括微型压力机、尖刺模具和电源；微型压力机包括压头、支架和底座，支架安装于底座上，将整个微型压力机支撑安装于底座的正上方，压头即微型压力机的活动端，其可上下移动的安装于底座的正上方；尖刺模具的表面具有若干个微米级的尖刺，尖刺模具由模具支架支撑安装于底座上，并且，尖刺模具呈尖刺向上安装，整个尖刺模具位于压头的正下方；压头和尖刺模具都采用导电材料制备，电源的正负极分别连接压头和尖刺模具。

本申请的装置，采用微型压力机进行施压，通过尖刺模具和电源模拟电池隔膜在使用过程中遭受的微粒或枝状晶体的破坏，以此研究避免电池隔膜发生内部微短路的耐受力，以便于研发耐受力更强的电池隔膜，为电池的安全性提供更好的保障。

下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

本例模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，如图1所示，包括微型压力机1、尖刺模具2和电源3；微型压力机1包括压头11、支架12和底座13，支架12安装于底座13上，将整个微型压力机1支撑安装于底座13的正上方，压头11可上下移动的安装于底座13的正上方。

本例的尖刺模具2，如图2和图3所示，其表面具有若干个微米级的尖刺21，尖刺模具2由模具支架22支撑安装于底座13上，并且，尖刺模具2呈尖刺21向上安装，整个尖刺模具2位于压头11的正下方。

本例的压头11和尖刺模具2都采用导电材料制备，电源3的正负极分别连接压头11和尖刺模具2。本例的模具支架22与底座13之间由绝缘块4连接。

本例的电源3与压头11和尖刺模具2的连接电路上设置有电流检测装置31，本例具体的电流检测装置为电流表。电源3与压头11和尖刺模具2的连接电路上设置有保护装置，本例具体为保险丝32。电源3与压头11和尖刺模具2的连接电路上设置有电阻33，电阻值为100Ω。并且，在电源3与压头11和尖刺模具2的连接电路上设置有电源开关34。

本例的模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，使用时，先将电池隔膜放置于尖刺模具2的表面；然后闭合电源开关34，使电路处于可连通状态；微型压力机1的压头11向下压，模拟微粒或枝状晶体对隔膜的破坏；直至电流表检测到电流，则判断此时电池隔膜发生了内部微短路，停止施压，此时的压力值即电池隔膜避免发生内部微短路的耐受力；该耐受力越大，说明电池隔膜越不容易发生内部微短路，安全性越好。测量获得电池隔膜内部微短路的耐受力后，可以进一步的施加压力，根据电流表检测到的电流变化，判断电池隔膜内部微短路的发生和发展情况，以此研究和评价电池隔膜的整体安全性。可以理解，直至电池隔膜完全穿刺，则压头11与尖刺模具2的尖刺21接触，此时电流最大，且相对稳定。电阻的作用就是限定该最大电流，避免电流过大造成装置本身的损坏；保险丝的作用就是在电流过大时及时断开电路，对装置起到保护作用；检测完成，则通过电源开关34断开电路，微型压力机1复位，将电池隔膜取出，装置待机以备下一次测试。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (8)

1.一种模拟微粒或枝状晶体对隔膜破坏的装置，其特征在于：包括微型压力机（1）、尖刺模具（2）和电源（3）；

所述微型压力机（1）包括压头（11）、支架（12）和底座（13），所述支架（12）安装于底座（13）上，将整个微型压力机（1）支撑安装于底座（13）的正上方，所述压头（11）可上下移动的安装于底座（13）的正上方；

所述尖刺模具（2）的表面具有若干个微米级的尖刺（21），尖刺模具（2）由模具支架（22）支撑安装于所述底座（13）上，并且，所述尖刺模具（2）呈尖刺（21）向上安装，整个尖刺模具（2）位于所述压头（11）的正下方；

所述压头（11）和尖刺模具（2）都采用导电材料制备，所述电源（3）的正负极分别连接所述压头（11）和尖刺模具（2）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述尖刺模具（2）与模具支架（22）之间或者所述模具支架（22）与底座（13）之间由绝缘块（4）连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源（3）与所述压头（11）和尖刺模具（2）的连接电路上设置有电流检测装置（31）。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电流检测装置为电流表、电压表、万用表或电流传感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源（3）与所述压头（11）和尖刺模具（2）的连接电路上设置有保护装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述保护装置为保险丝（32）。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源（3）与所述压头（11）和尖刺模具（2）的连接电路上设置有电阻（33）。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源（3）与所述压头（11）和尖刺模具（2）的连接电路上设置有电源开关（34）。

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