一种锂离子电池爆炸原因测试方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池爆炸原因测试方法，它是通过滥用实验建立爆炸原因的标准，对未知爆炸的电池的残留物进行收集，然后研磨过筛得到粉体，将粉体用水溶解，过滤后得到残留物和溶液，将残留物和溶液烘干得出可溶物的百分比与标准百分比对照，根据对照结果来判断爆炸发生的原因，这种方法操作简单，分析结果准确，能较好的分辨出锂电池是何种原因引起的爆炸。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池的失效分析测试方法，尤其是利用锂离子电池的爆炸残留物对电池爆炸原因进行分析测试的方法。

背景技术

随着笔记本电脑和无线电话等电子设备的广泛使用，加大了对用作电子设备电源的锂离子电池需求，然而锂离子电池由于过量充电或短路，使阴极材料的化学活性大大提高，从而阴极材料与电解液快速反应，产生大量气体，锂离子电池内部的压力和温度迅速增高，引起电池爆炸。目前，世界各国的锂离子电池研究机构一直致力于解决锂电池爆炸的问题，但是能够对电池爆炸原因进行准确分析的方法还很少有人研究，也没有对电池爆炸的机理进行深入研究，导致目前还不能较好的分析电池爆炸的原因，只有正确分析出电池的爆炸原因，才能从而找出解决电池爆炸的方法，提高电池的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够准确对锂离子电池爆炸原因进行分析测试的方法。

为实现上述目的，本发明是采用以下技术方案来实现的：

所述的锂离子电池爆炸原因的测试方法，包括以下步骤：

A、通过滥用实验得出一标准，所述的标准是用爆炸可溶物占总产物重量百分比来表征的；

B、收集未知电池爆炸后的产物，并进行研磨、过筛得到粉体；

C、将过筛后的粉体用水溶解，过滤后得到溶液和残留物；

D、将得到的溶液和残留物烘干，分别得到爆炸产物的可溶物和不溶物，得出可溶物的百分比；

E、将得出的可溶物百分比与标准进行对比，根据对比结果来判断所述爆炸产生的原因。

本发明所述的标准百分比是通过以下步骤而得：

A1、收集已知电池爆炸原因的产物，并进行研磨、过筛得到粉体；

A2、将过筛后的粉体用水溶解，过滤后得到溶液和残留物；

A3、将得到的溶液和残留物烘干，分别得到爆炸产物的可溶物和不溶物；

A4、得出爆炸可溶物占总产物的百分比，并建立引起各种爆炸原因的标准。

如前所述，当可溶物是爆炸产物重量的20％-30％时，可判断其爆炸原因是过充电引起的；当可溶物是爆炸产物重量的7％-17％时，可判断其爆炸原因是短路引起的，其中，当可溶物是爆炸产物重量的12％-17％时，可判断其短路爆炸原因是针刺或直接外短路引起的，当可溶物是爆炸产物重量的7％-12％且不包括12％时，可判断其短路爆炸原因是热冲击引起的。

所述的粉体过筛是使用100目～200目筛；所述的烘干温度为70℃-95℃，优选90℃。

本发明所述的电池爆炸原因测试方法，其由于过充爆炸和短路爆炸的机理不同，即爆炸时由于正负极片上的物质不同，导致爆炸后所产生的物质也不同，但由于其爆炸后产物过多，很难将其一一分辨，通过将爆炸产物使用水作为溶剂将之溶解得到可溶物百分比，能很好的将不同原因引起爆炸所产生的特征产物进行很好的表征，从而分辨其爆炸引起的原因，该方法操作简单，分析结果准确，能较好的分辨出锂电池是何种原因引起的爆炸。

具体实施方式

标准可溶物百分比的制作：

本实施例所用的锂离子电池的主要原材料如表1：

  序号    部件名称    材料主要成份  1    正极    LiCoO₂、PVDF、铝箔  2    负极    C、SBR、CMC、铜箔  3    电解液    LiPF₆+(EC+EMC+PC)  4    隔膜纸    PE  5    镍极耳    Ni  6    铝壳    Al  7    胶纸    PET、PP、聚酰亚胺  8    隔圈    PP

                    表1

准备24份以上材料制成的电池(型号：103450AR)，分别充电至4.2V，分成4组，每组6个，分别对4组电池进行四种滥用实验，即过充(3C/10V)、针刺、外短路、热冲击(150℃/30min)试验，人为使电池发生爆炸。

将爆炸后电池内部的残余物倒出，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体；将得到的粉体分别用水溶解后过滤，得到溶液和残留物，并将得到溶液和残留物在90℃的温度下烘干，得出不同种爆炸可溶物占总产物的标准参照表2：

实验名称    电池编号    产物重量(g)    可溶物(g)  可溶物质量百分比(％)     不可溶产物重量(g)    不可溶物质量百分比(％)可溶物+不可溶物(g)过充    1#    1.134    0.3209  28.3    0.805    71.491.1259    2#    2.254    0.5099  22.6    1.74324    77.342.25314    3#    1.893    0.5779  30    1.3440    711.9219    4#    2.094    0.4209  20.1    1.6752    802.0961    5#    1.973    0.5011  25.4    1.4796    751.9807    6#    2.045    0.5092  24.9    1.5358    75.12.045针刺    7#    1.9188    0.289  15.02    1.6345    84.981.9235    8#    2.8102    0.4007  14.26    2.42053    86.132.82123    9#    4.28    0.5788  13.5    3.83756    89.664.441636    10#    3.112    0.3734  12    2.7448    88.23.1182    11#    2.014    0.2981  14.8    1.732    862.0301    12#    2.452    0.3825  15.6    2.084    852.4665热冲击    13#    1.0858    0.0907  8.35    0.90237    83.10.99307    14#    4.113    0.45  10.94    3.70746    90.144.15746    15#    3.954    0.2768  7    3.6693    92.83.9461    16#    2.584    0.3049  11.8    2.2816    88.32.5865    17#    1.982    0.1883  9.5    1.8076    91.21.9959    18#    1.886    0.1660  8.8    1.683    90.21.849外短路    19#    3.242    0.4879  15    2.85086    87.933.33876    20#    3.112    0.5041  16.2    2.6208    843.1249    21#    2.948    0.3538  12    2.6090    88.52.9628    22#    2.014    0.3424  17    1.6696    82.92.012    23#    2.354    0.3578  15.2    1.989    84.52.3468    24#    2.134    0.3180  14.9    1.819    852.137

                                                 表2

从以上标准参照表可知，过充与针刺、外短路、热冲击的爆炸可溶物百分比有明显不同，当可溶物是爆炸产物重量的20％-30％，可判断其爆炸原因是过充电引起的；当可溶物是爆炸产物重量的7％-17％时，可判断爆炸原因是短路引起的。

当用户在使用电池过程中发生爆炸后，对发生爆炸电池的产物用本发明的方法进行分析，得出爆炸可溶物百分比，并与标准参照表进行比较，就可以得知引起电池爆炸的原因。

实施例1：

将一未知原因引起爆炸的电池内部残余物倒出、收集在一起，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于70℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的20％，通过与标准参照表进行比较，可判断出该电池是由过充引起的爆炸。

实施例2

将一未知原因引起爆炸的电池内部残余物倒出、收集在一起，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过150目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于90℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的25％，通过与标准参照表进行比较，可判断出该电池是由过充引起的爆炸。

实施例3

将一未知原因引起爆炸的电池内部残余物倒出、收集在一起，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过150目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于90℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的28.3％，通过与标准参照表进行比较，可判断出该电池是由过充引起的爆炸。

实施例4

将一未知原因引起爆炸的电池内部残余物倒出、收集在一起，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过200目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于95℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的30％，通过与标准参照表进行比较，可判断出该电池是由过充引起的爆炸。

实施例5：

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于70℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的12％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是针刺或外短路引起电池短路的。

实施例6

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过150目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于90℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的15％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是针刺或外短路引起电池短路的。

实施例7

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过200目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于95℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的17％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是针刺或外短路引起电池短路发生的。

实施例8

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过100目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到的悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于70℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的7％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是热冲击引起电池短路发生的。

实施例9

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过150目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到的悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于90℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的8.2％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是热冲击引起电池短路发生的。

实施例10

收集一未知原因引起爆炸的电池内部残余物，除去整块的铜箔，研磨约十五分钟，过200目筛，得到筛下粉体，将粉体使用水作溶剂溶解，得到的悬浮液，过滤后得到溶液和残留物，将得到的溶液和残留物于95℃烘箱中烘干，分别得到可溶物和不溶物，计算出可溶物是爆炸产物重量的11.8％，通过与标准参照表进行比较，可判断其爆炸原因是热冲击引起电池短路发生的。