用于测试短路的电池、其制造方法和电池安全性分析方法

技术领域

本申请要求基于在2021年11月25日提交的韩国专利申请第10-2021-0163887号的优先权利益，其全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及用于短路检查的电池、其制造方法和电池安全性分析方法，并且涉及可容易切换到内部短路状态的用于短路检查的电池、其制造方法和其中通过该电池来分析电池安全性的电池安全性分析方法。

背景技术

通常，二次电池，一种通过将化学能转换成电能的放电过程和以反向方式执行的充电过程而可重复使用的电池，根据产品线是高度兼容性的，并且除了便携式装置，具有诸如高能量密度的电气特性的二次电池还被普遍地应用于由电驱动源驱动的电动车辆(EV)或者混合动力车辆(HV)。

由于二次电池被应用于各种产品，其安全性评价至关重要，因为二次电池的安全性与产品的安全性有关。

存在各种方式来评价二次电池的安全性，其中的一种可以是在负电极和正电极在二次电池内部接触的条件下执行的内部短路检查。

二次电池可能通过各种内部和外部环境而被短路，并且在短路的情形中，可能存在着火的风险。

因此，需要一项技术，其可以容易在二次电池中应用短路状态以在短路状态中分析二次电池的安全性。

发明内容

技术目标

本公开涉及用于短路检查的电池、其制造方法和电池安全性分析方法，并且本公开的目的在于提供可容易切换到内部短路状态的用于短路检查的电池、其制造方法和其中通过该电池来分析电池安全性的电池安全性分析方法。

本公开所要实现的技术目的不限于以上提到的技术问题，并且本公开所属领域普通技术人员从以下描述将清楚地理解未提到的其它技术目的。

技术方案

本公开的一种用于短路检查的电池包括：正电极部分，通过将正电极活性材料施加到正电极集电器来形成所述正电极部分；负电极部分，通过将负电极活性材料施加到负电极集电器来形成所述负电极部分；贯穿隔膜，所述贯穿隔膜被层叠在所述正电极部分和所述负电极部分之间并且形成有贯穿孔；辅助隔膜，所述辅助隔膜被层叠在所述正电极部分和所述负电极部分之间并且被构造成覆盖所述贯穿孔；和电池外壳，所述电池外壳被构造成在其中容纳所述正电极部分、所述负电极部分、所述贯穿隔膜和所述辅助隔膜，其中，在所述正电极部分中，消除了所述正电极活性材料的活性材料消除区域可以被形成在面对所述贯穿隔膜的所述贯穿孔的区域中。

有利的效果

本公开的用于短路检查的电池可以在期望的情况中任意地在二次电池中应用短路状态并且使得能够通过在诸如SOC、温度和冲击的各种条件下在二次电池中应用短路状态来进行二次电池的安全性分析。

在本公开的电池安全性分析方法中，能够通过模拟二次电池被应用于此的产品的驱动情况并且应用短路状态来执行二次电池的安全性分析。

本公开的电池安全性分析方法可以容易检查电池是否安全。

附图说明

图1是图示本公开的用于短路检查的电池的内部的截面视图。

图2是图示其中正电极部分和贯穿隔膜被层叠的状态的平面视图。

图3是图示制造本公开的用于短路检查的电池的方法的框图。

图4是图示本公开的电池安全性分析方法的框图。

图5是根据示例性实施例图示SOC和温度的测量结果的曲线图。

具体实施方式

本公开的一种用于短路检查的电池包括：正电极部分，通过将正电极活性材料施加到正电极集电器来形成所述正电极部分；负电极部分，通过将负电极活性材料施加到负电极集电器来形成所述负电极部分；贯穿隔膜，所述贯穿隔膜被层叠在所述正电极部分和所述负电极部分之间并且形成有贯穿孔；辅助隔膜，所述辅助隔膜被层叠在所述正电极部分和所述负电极部分之间并且被构造成覆盖所述贯穿孔；和电池外壳，所述电池外壳被构造成在其中容纳所述正电极部分、所述负电极部分、所述贯穿隔膜和所述辅助隔膜，其中，在所述正电极部分中，消除了所述正电极活性材料的活性材料消除区域可以被形成在面对所述贯穿隔膜的所述贯穿孔的区域中。

在本公开的用于短路检查的电池中，所述活性材料消除区域的面积可以大于所述贯穿孔的面积。

在本公开的用于短路检查的电池中，所述贯穿隔膜和所述辅助隔膜的材料可以包括乙烯单聚物、丙烯单聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物中的至少一种或者多种。

本公开的用于短路检查的电池中，所述辅助隔膜的一端可以突出到所述电池外壳的外部。

本公开的一种制造用于短路检查的电池的方法可以包括：通过制备其中所述正电极活性材料被施加到所述正电极集电器的所述正电极部分和其中所述负电极活性材料被施加到所述负电极集电器的所述负电极部分来制备电极的步骤；在所述正电极部分的一部分上消除所述正电极活性材料以形成所述活性材料消除区域的步骤；将所述贯穿隔膜层叠到所述正电极部分的步骤，所述贯穿隔膜具有被形成在面对所述活性材料消除区域的位置中的所述贯穿孔；将所述辅助隔膜层叠到所述贯穿隔膜以覆盖所述贯穿孔的步骤；在所述贯穿隔膜和所述辅助隔膜介于所述负电极部分和所述正电极部分之间的情况下将所述负电极部分层叠到所述正电极部分的步骤；和在将所述正电极部分、所述负电极部分、所述贯穿隔膜和所述辅助隔膜容纳在所述电池外壳中之后通过密封来完成用于短路检查的电池的步骤。

在本公开的制造用于短路检查的电池的方法的消除所述正电极活性材料的步骤中，可以通过用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)清洗来消除所述正电极活性材料。

本公开的一种电池安全性分析方法可以包括：对用于短路检查的电池进行充电的步骤；通过消除所述辅助隔膜并且使得所述正电极部分和所述负电极部分通过所述贯穿孔接触的短路步骤；和通过测量用于短路检查的电池的SOC或者温度以分析安全性的安全性分析步骤。

在本公开的所述电池安全性分析方法的安全性分析步骤中，可以根据时间序列来测量用于短路检查的所述电池的SOC或者温度。

用于实施本发明的模式

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的实施例。在这个过程中，为了清楚和解释方便起见，附图所示部件的尺寸或者形状可能被夸大。另外，考虑到本公开的构造和操作具体地定义的术语可以取决于用户或者操作员的意图或者习惯而改变。这些术语的定义应该基于本说明书全文的内容做出。

在本公开的描述中，应该指出，由术语诸如“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内部”、“外部”、“一侧”和“另一侧”指示的定向或者位置关系是基于附图所示定向或者位置关系或者当使用本公开的产品时通常放置的定向或者位置关系的，仅仅用于本公开的描述和简要示意，而不应该被理解为限制本公开，因为它们并不建议或者暗示所指示的设备或者元件应该以规定的定向在规定的定向上构造或者操作。

图1是图示本公开的用于短路检查的电池的内部的截面视图。图2是图示其中正电极部分100和贯穿隔膜310被层叠的状态的平面视图。图3是图示制造本公开的用于短路检查的电池的方法的框图。图4是图示本公开的电池安全性分析方法的框图。图5是根据示例性实施例图示SOC和温度的测量结果的曲线图。

在下文中，参考图1到图5，将详细描述本公开的用于短路检查的电池、其制造方法和电池安全性分析方法。

本公开的用于短路检查的电池是在正常执行充电和放电的状态中提供的，并且在用户以期望数字的荷电状态(SOC)值充电之后，可以容易应用其中负电极和正电极在电池内部直接地接触的内部短路状态。因此，使用本公开的用于短路检查的电池，可以能够在各种环境中的电池驱动期间的期望时间在即刻地转换成短路状态的同时分析电池的安全性。

如在图1中所示，本公开的用于短路检查的电池可以包括：

正电极部分100，通过将正电极活性材料120施加到正电极集电器110来形成该正电极部分100；

负电极部分200，通过将负电极活性材料220施加到负电极集电器210来形成该负电极部分200；

贯穿隔膜310，该贯穿隔膜310被层叠在正电极部分100和负电极部分200之间并且形成有贯穿孔311；

辅助隔膜320，该辅助隔膜320被层叠在正电极部分100和负电极部分200之间并且被构造成覆盖贯穿孔311；和

电池外壳，该电池外壳被构造成在其中容纳正电极部分100、负电极部分200、贯穿隔膜310和辅助隔膜320，

其中，在正电极部分100中，从其消除了正电极活性材料120的活性材料消除区域121可以被形成在面对贯穿隔膜310的贯穿孔311的区域中。

正电极集电器110或者负电极集电器210可以以箔状薄片的形式提供。正电极活性材料120和负电极活性材料220中的每一种在被以浆液的形式施加到正电极集电器110或者负电极集电器210之后被干燥，从而在正电极集电器110和负电极集电器210的一侧或者两侧上形成为具有适当厚度的层。

贯穿隔膜310和辅助隔膜320的材料可以包括乙烯单聚物、丙烯单聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物中的至少一种或者多种。

正电极部分100和负电极部分200可以分别地被设置多个，并且当正电极部分100和负电极部分200被设置多个时，正电极部分100和负电极部分200可以通过彼此交叉而被层叠，并且隔膜可以被单独地设置在正电极部分100和负电极部分200中的每一个之间。换言之，当正电极部分100和负电极部分200被设置多个时，隔膜也可以被设置多个，其中，多个隔膜中的仅仅一个或者某些可以被设置成贯穿隔膜310。例如，在正电极部分100、负电极部分200和隔膜每一个被设置多个并且通过彼此交叉而被层叠的状态中，活性材料消除区域121可以被形成在所述多个正电极部分100中的最外正电极部分100中，并且面对活性材料消除区域121的隔膜可以被形成为贯穿隔膜310。作为更具体的示例，五个正电极部分100可以被层叠在六个负电极部分200内，且隔膜介于其间，活性材料消除区域121可以被形成在与所述五个正电极部分100的最外表面相邻的两个正电极部分100中的一个中，并且贯穿隔膜310和辅助隔膜320可以位于在此处形成活性材料消除区域121的正电极部分和与此相邻的最外负电极部分200之间。换言之，在本公开的用于短路检查的电池中，在设置所述多个正电极部分100和所述多个负电极部分200的情形中，活性材料消除区域121可以被仅仅形成在与最外表面相邻的一个正电极部分100中，并且可以以[负电极部分200]-[贯穿隔膜310]-[辅助隔膜320]-[正电极部分100]的顺序，或者以[负电极部分200]-[辅助隔膜320]-[贯穿隔膜310]-[正电极部分100]的顺序被从最外表面层叠。因此，通过外部加压器，可以容易用相对小的力使得正电极部分100和负电极部分200彼此接触。

如在图2中所示，活性材料消除区域121的面积可以大于贯穿孔311的面积。因为活性材料消除区域121被形成为大于贯穿孔311，所以能够稳定地应用其中负电极活性材料和正电极集电器形成接触的短路状态而非负电极活性材料和正电极活性材料直接彼此接触的短路。

辅助隔膜320的一端可以突出到电池外壳外部。换言之，辅助隔膜320的一端可以位于电池外壳外部，而另一端可以覆盖电池外壳内部的贯穿孔311。当将短路状态应用于用于短路检查的电池时，当一端被拉动时，辅助隔膜320可以被消除。

如在图3中所示，一种制造本公开的用于短路检查的电池的方法可以包括：

制备电极的步骤S1，制备其中正电极活性材料120被施加到正电极集电器的正电极部分100和其中负电极活性材料220被施加到负电极集电器210的负电极部分200；

消除正电极活性材料的步骤S2，通过在正电极的一部分上消除正电极活性材料120来形成活性材料消除区域121；

层叠贯穿隔膜的步骤S3，将贯穿隔膜310层叠到正电极部分100，在该贯穿隔膜310中，贯穿孔311被形成在面对活性材料消除区域121的位置中；

层叠辅助隔膜的步骤S4，将辅助隔膜320层叠到贯穿隔膜310以覆盖贯穿孔311；

层叠负电极部分的步骤S5，在贯穿隔膜310和辅助隔膜320介于负电极部分200和正电极部分100的情况下将负电极部分200层叠到正电极部分100；和

完成电池的步骤S6，在将正电极部分100、负电极部分200、贯穿隔膜310和辅助隔膜320容纳在电池外壳中之后通过密封来完成用于短路检查的电池。

在制备电极的步骤S1中，可以通过经历以下过程来制备正电极部分100和负电极部分200：其中正电极活性材料120和负电极活性材料220被以浆液形式揉搓的混合过程；其中正电极活性材料120和负电极活性材料220的每一种浆液被施加到正电极集电器110和负电极集电器210中的每一个的涂覆过程；通过施加热量来对涂覆的电极中的每一个加压的挤压过程；将电极切割成标准的分切过程；和用热空气干燥电极的干燥过程。

在消除正电极活性材料的步骤S2中，可以通过用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)清洗来消除正电极活性材料120。活性材料消除区域121的尺寸和形状可以通过在电池安全性分析中要求的条件来确定，并且相应地，也可以在对其考虑时确定对于正电极活性材料120的清洁程度。

在层叠贯穿隔膜的步骤S3中，如在图2中所示，贯穿孔311的尺寸可以被形成为在活性材料消除区域121中。

在层叠辅助隔膜的步骤S4中，可以以足以完全覆盖贯穿孔311的尺寸来制造辅助隔膜320。另外，因为在消除时当另一端被拉动时产生拉伸力，所以它可以考虑到拉伸强度以在消除时不断裂的标准来制备。

在制备电极的步骤S1或者层叠负电极部分的步骤S5中，正电极接线片和负电极接线片被分别地熔合到正电极部分100和负电极部分200中的每一个中的活性材料未施加部分，并且正电极接线片和负电极接线片中的每一个可以被熔合到正电极引线和负电极引线中的每一个以用于与外部装置电连接。

在完成电池的步骤S6中，为了使得正电极引线和负电极引线突出到电池外壳外部，正电极部分100和负电极部分200可以被容纳在电池外壳内部，并且电解质可以被注射到电池外壳中，使得隔膜可以被充分地浸渍。然后，电池外壳可以在内部气体被移除之后被密封。

如在图4中所示，本公开的电池安全性分析方法可以包括：

对电池充电的步骤S10，对用于短路检查的电池进行充电；

短路步骤S20，消除辅助隔膜320并且使得正电极部分100和负电极部分200通过贯穿孔311接触；和

安全性分析的步骤S30，测量用于短路检查的电池的SOC或者温度以分析安全性。

在短路步骤S20中，用于短路检查的电池可以被加压器挤压，并且通过由加压器施加的压力，正电极部分100和负电极部分200可以通过贯穿孔311形成直接接触。

在安全性分析的步骤S30中，可以根据时间序列测量用于短路检查的电池的SOC或者温度。基于SOC值和温度值以及SOC的时间变化值和温度的时间变化值，可以推导有关电池安全性的特征信息。

在安全性分析的步骤S30中，可以通过将温度传感器直接地附接到用于短路检查的电池或者通过在将用于短路检查的电池容纳在其中形成闭合空间的腔室中之后测量腔室的内部温度来执行温度测量。

示例

正电极部分100和负电极部分200被层叠为五层，并且活性材料消除区域121被形成在最上正电极部分100的中心处，以制备两个用于短路检查的电池。

在以0.33C和4.2V对所述两个用于短路检查的电池充电之后，在辅助隔膜320被消除的状态中，用于短路检查的电池被加压器加压以应用短路状态。

图5是在应用短路状态之后根据时间序列图示两个用于短路检查的电池的SOC值和温度值的曲线图。在0.5～1.5秒内在所述两个用于短路检查的电池中执行点火。在图5中，实线曲线图代表SOC，并且虚线曲线图代表温度。

虽然以上已经描述了根据本公开的实施例，但是它们仅仅是示例性的，并且本领域技术人员将理解，据此，示例性实施例的各种修改和等同范围都是可能的。相应地，本公开的真正的技术保护范围应该由所附权利要求书限定。

<符号解释>

100...正电极部分，110...正电极集电器，120...正电极活性材料，121...活性材料消除区域，200...负电极部分，210...负电极集电器，220...负电极活性材料，310...贯穿隔膜，311...贯穿孔，320...辅助隔膜工业适用性

本公开的用于短路检查的电池可以在期望的情况中任意地在二次电池中应用短路状态并且使得能够通过在诸如SOC、温度和冲击的各种条件下在二次电池中应用短路状态来进行二次电池的安全性分析。

在本公开的电池安全性分析方法中，能够通过模拟二次电池被应用于此的产品的驱动情况并且应用短路状态来执行二次电池的安全性分析。

本公开的电池安全性分析方法可以容易检查电池是否安全。