一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构及测试方法

技术领域

本发明涉及圆柱锂电池冲击测试的技术领域，特别是一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构及测试方法。

背景技术

对于圆柱形锂离子电池的使用范围广泛，锂电池在使用过程中电芯会受到外力碰撞或挤压后，产生形变并导致电芯内部短路，如热量无法及时散出，会导致电芯内部热失控，严重时会起火爆炸。因此在圆柱形锂离子电池的生产测试过程中，需要对锂电池进行重物冲击测试，用于测试锂电池电芯的安全性。

目前关于改善重物冲击测试的研究主要从结构与材料方面进行改进，如专利CN104882578 B在结构中插入一种新型钢针来解决挤压而导致的内部短路，但会增加电芯成本，降低能量密度；专利CN 206313003 U主要在隔膜上涂覆聚对苯二甲酸乙二醇酯保护层来增加隔膜机械性能，保护电池的内部结构免遭破坏，但其对电芯的电化学性能造成不利影响。目前通过增强结构强度如增强铜铝箔与隔膜强度存在问题，如受材料本身及其工艺限制，在强度提升方面存在临界点；由于电芯通过方式可能存在多种通过方式，会导致通过的不确定性，；新材料的开发会带来成本的极速上升等。

锂离子电芯的传统湿法PE隔膜结构，在MD纵向与TD横向的方向强度差异较小，受外力冲击时，极组不会形成断裂，只有局部几个点形成短路，导致热量聚集而无法及时散开，引起电芯失效；传统干法PP膜缺少内层PE膜，电芯极片无法达到“小而密”的短路状态。本发明主要通过改进电池隔膜的设计，在不改变电池的电化学体系基础上，对电芯安全性能进行提升，从而改善锂离子电池的重物冲击性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构及测试方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构，所述电芯采用第一隔膜材质或第二隔膜材质，所述第一隔膜材质为PP/PE/PP结构，所述第二隔膜材质为PE结构，采用第二隔膜材质时所述电芯的PE膜在控制TD方向的强度低于MD方向的强度。

更进一步的技术方案是，当电芯的隔膜为PP/PE/PP结构时，采用单法干拉工艺。

更进一步的技术方案是，当电芯的隔膜为PE结构时，采用湿法工艺，所述电芯的PE膜在TD方向的强度为300～800kgf/cm

一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构的测试方法，包括以下步骤：

(1)对圆柱型锂离子电芯卷绕时使用PP/PE/PP隔膜，组装成圆柱18650或21700电芯，进行重物冲击测试，并与传统PP隔膜电芯进行对比测试；

(2)对圆柱型锂离子电芯卷绕时使用低TD强度的PE隔膜，组装成圆柱18650或21700电芯，进行重物冲击测试，并与传统PE隔膜电芯进行对比测试。

本发明具有以下优点：

本发明提出一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构及测试方法，通过对电芯隔膜进行优化设计，隔膜材质采用PP/PE/PP结构，使进行重物冲击时，内层PE膜具有一定强度，使电芯极片状态达到“小而密”的短路状态，采用PE结构时，对于PE膜控制TD方向强度低于MD方向强度，当卷芯受到外力撞击时，极组能够断成两截，短路点均匀分布，使热量能过分散释放，避免热集中，从而通过重物冲击测试。

附图说明

图1是本发明中电芯第一隔膜结构示意图；

图2是本发明中电芯第二隔膜结构示意图；

图3是本发明重物冲击测试后电芯拆解结构图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，本发明提出一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构，所述电芯的隔膜材质为PP/PE/PP结构，该结构在进行重物冲击时，外层PP膜无拉伸强度，导致电芯开裂，内层PE膜具有一定强度，从而使电芯极片状态达到一种“小而密”的短路状态；本发明中电芯隔膜材质为PE膜时，在控制TD方向的强度低于MD方向的强度，当卷芯受到外力撞击时，极组能够断成两截，短路点均匀分布，使热量能过分散释放，避免热集中，从而通过测试。

实施例1：本发明公开一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构的测试方法，实验组对于圆柱型锂离子电芯卷绕时使用PP/PE/PP隔膜，组装成圆柱18650或21700电芯，进行重物冲击测试，控制组采用传统PP隔膜电芯进行对比测试；测试结果如表1所示，可见本发明中的实验组的重物冲击通过率可由传统PP隔膜的0％提升至100％。

表1实验组与传统PP隔膜电芯对比结果

实施例2：本发明公开一种改善重物冲击性能的圆柱锂电池电芯结构的测试方法，实验组对于圆柱型锂离子电芯卷绕时使用低TD强度的PE隔膜，组装成圆柱18650或21700电芯，进行重物冲击测试，控制组采用传统PE隔膜电芯进行对比测试，可见本发明中的实验组的重物冲击通过率可由传统PE隔膜的60％提升至100％。

表1实验组与传统PE隔膜电芯对比结果

对实验组的电芯拆解后如图3所示，可知内部电芯隔膜成裂开状态，短路点均匀，热量散发较好。测试通过后电芯，由于电芯内部已经放电完成，可避免在放置过程中内外部短路而导致的二次破坏，进一步提升安全性能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。