[发明专利]一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法

说明书

本发明涉及种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，包括锂离子电池预处理、锂离子电池内部结构、机械强度测试、数据耦合和过程还原、锂离子电池内部机械强度分析等主要步骤，这一方法可以验证锂离子电池的机械安全性，测试锂离子电池在经过各项机械安全性测试后内部结构的稳定性，为评估锂离子电池机械安全性提供了可靠的评估依据。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法。

背景技术

锂离子电池最早由Whittingham等在1976年发明。随后1981年,Bell实验室将石墨作为负极材料成功制成了锂离子电池，解决了过去用锂片为负极所带来的储存困难、成本过高、条件苛刻等问题。1991年日本SONY公司第一次制造出商品锂离子电池，开始了锂离子电池的商业化应用。商业化锂离子电池的主要是由正极、隔膜、负极和电解液组成。锂离子电池的正极材料主要是富含锂的材料，而负极材料是由可以容纳锂的材料构成。当电池充电时，正极材料中的锂脱嵌，通过电解液和隔膜进入负极，而负极形成嵌锂化合物。电池放电时情况则相反，嵌锂的负极材料中锂脱嵌，通过电解液和隔膜回到正极，完成一个充放电循环。锂离子电池即是锂以离子的形式在电池正负极之间转移，使电池完成充放电的过程，因此锂离子电池又被称为“摇椅电池”。由于锂离子电池能量密度高、循环寿命长等因素，逐渐被应用于电动汽车中，作为动力电池使用。随着电动汽车的广泛普及，动力电池技术也得到了快速发展。

随着动力电池技术的快速发展，作为其评价手段的动力电池测试技术也得到了长足进步。动力电池测试处于新能源汽车产业链中游，是动力电池研发、生产及应用的重要组成部分。新能源汽车技术的发展，使动力电池测试技术日趋完善，但仍然存在测试方法相对单一、各层级测试相对独立的问题。

针对动力电池的寿命、电性能和安全性能要求，我国制定了一系列测试标准。然而现有动力电池测试评价体系最小测试单元是电池单体，采用的测试方法是对电池样品进行电信号、机械信号和环境信号的激励，并判断测试样品的响应情况。然而这一系列测试方法，对于电池单体内部的关键结构，如正极、负极、隔膜等在各项测试中的演变无从得知。就机械安全方面，在电动汽车的实际使用过程中，会由于碰撞等因素对动力电池的结构造成影响，并可能使电池产生起火、爆炸等安全问题。在国家标准中，通过模拟动力电池可能遇到的机械安全性问题，制定了跌落、挤压、穿刺等机械安全性测试。这类测试的评价指标是在经过特定的机械测试后，通过电池的表现(是否起火、是否爆炸、是否电解液泄漏)来判断电池是否符合机械安全标准。然而这些测试方法仅能够判断电池的整体结构是否安全，对于电池内部结构的机械强度无法得知。主要原因有两方面，一是因为经过机械安全性测试后的电池整体上可能会发生较大形变，难以从外观来分辨电池的结构的破坏情况。二是如果直接对电池进行解剖分析的话，会对电池的结构造成破坏，难以获得真实的内部信息。

计算机断层扫描(CT)测试方法能够观察到电池单体的内部结构,但无法判断内部结构各部分的机械强度。本发明利用计算机断层扫描的信息，结合发明的力学探针分析方法，提出了对锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，能够有效的对锂离子电池的内部结构进行精准定位并对其机械强度进行测试评价。

发明内容

本发明旨在给出一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，这一方法可以验证锂离子电池的机械安全性，测试锂离子电池在经过各项机械安全性测试后内部结构的稳定性，为评估锂离子电池机械安全性提供了可靠的评估依据。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

一种锂离子电池内部结构机械强度的分析方法，包括如下步骤：

(1)锂离子电池预处理

将锂离子电池按照测试需求进行充放电预处理，调整电池的荷电状态至10％以下；

(2)锂离子电池内部结构机械强度测试

i)内部结构关键点标注