本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池内短路的触发方法。
背景技术：
在环境污染和能源危机的压力下，由于节能减排上的需求，混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车越发受到人们的认可。其中，纯电动汽车被认为是未来最有潜力的解决方案之一。动力电池是纯电动汽车的唯一动力来源。目前，大多数纯电动汽车都选用了锂离子电池作为能量来源。然而，锂离子动力电池存在一定的潜在安全问题，近年来频发起火爆炸等安全性事故，对消费者的人身安全和财产安全造成威胁。
锂离子电池的安全问题总是表现为电池的热失控。锂离子电池的热失控可能由机械滥用(挤压、针刺、振动等)、电滥用(过充过放、内外部短路等)以及热滥用(高温使用环境等)引发。内短路是电滥用触发形式的一种，也是锂离子动力电池热失控事故中最常见的诱因之一。为了最大程度地模拟真实情况下的锂离子电池内短路，可以通过改变锂离子电池内部的结构触发内短路。目前，传统的锂离子电池内短路触发方法可以在锂离子电池内部植入可控材料，或者制造隔膜缺孔通过挤压引发内短路。然而，上述方法破坏了锂离子电池的机械结构，对锂离子电池材料造成的损伤远远超出实际内短路过程，无法真实模拟实际中最容易发生也最危险的自引发内短路。因此，传统的锂离子电池内短路触发方法，仿真程度较低。
技术实现要素：
基于此，有必要针对常见电池内短路触发方法破坏电池机械结构的问题，提供一种不需要破坏电池的机械结构，仿真程度高，并能更好得模拟真实情况下的电池内短路触发方法。
一种电池内短路的触发方法包括：
S10，提供电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片以及隔膜；
S20，在所述电芯内部引入金属粉末，获得内部含金属粉末的电芯；
S30，将所述内部含金属粉末的电芯组装成内部含金属粉末的电池；
S40，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环诱导枝晶生长刺穿所述电芯内部的隔膜，从而触发所述内部含金属粉末的电池内短路。
在其中一个实施例中，所述步骤S20包括：
S210，提供金属粉末；
S220，拆解所述电芯；
S230，在拆解后的所述电芯内放入金属粉末，以获得所述内部含金属粉末的电芯。
在其中一个实施例中，所述步骤S230中，所述金属粉末放在所述正极极片与所述隔膜之间。
在其中一个实施例中，所述金属粉末的颗粒直径为10μm～500μm。
在其中一个实施例中，所述电芯通过对选定的电池进行拆解获得。
在其中一个实施例中，所述步骤S30包括：
S310，提供电池外壳；
S320，将所述内部含金属粉末的电芯放入所述电池外壳内；
S330，向所述电池外壳内注入适量的电解液；
S340，将所述电池外壳进行封装，获得所述内部含金属粉末的电池。
在其中一个实施例中，所述S30步骤还包括：
S350，将所述内部含金属粉末的电池进行充放电，以稳定所述内部含金属粉末的电池。
在其中一个实施例中，所述步骤S40包括：
S410，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环；
S420，在充放电循环过程中，计算所述内部含金属粉末电池的充电电量与放电电量；
S430，当所述充电电量大于所述放电电量时，所述内部含金属粉末的电池发生内短路。
在其中一个实施例中，所述电池内短路的触发方法还包括：S50，获取所述内部含金属粉末的电池发生内短路过程中的参数，并对内短路安全性能进行评价。
在其中一个实施例中，所述S50步骤包括：
S510，获取所述内部含金属粉末的电池初次发生内短路时的循环数；
S520，获取所述内部含金属粉末的电池发生内短路直到电池失效的循环数；
S530，检测所述内部含金属粉末的电池是否发生热失控以及发生热失控的最高温度；
S540，根据所述初次发生内短路时的循环数、所述发生内短路直到电池失效的循环数以及所述发生热失控的最高温度对所述内部含金属粉末的电池的内短路安全性能进行评价。
本发明提供的一种电池内短路的触发方法包括提供电芯。所述电芯包括正极、负极以及隔膜。在所述电芯内部引入金属粉末，获得内部含金属粉末的电芯。将所述内部含金属粉末的电芯组装成内部含金属粉末的电池。对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环诱导枝晶生长刺穿所述电芯内部的隔膜，从而触发所述内部含金属粉末的电池内短路。所述电池内短路的触发方法通过在电池内部加入金属粉末，利用循环充放电的方法诱导枝晶生长使其刺穿隔膜触发电池内短路。所述电池内短路的触发方法不需要破坏电池的机械结构，同时由内部引发，更好得模拟真实情况下的电池内短路。
附图说明
图1为本发明电池内短路的触发方法的实施流程图；
图2为本发明锂离子电池随循环进行的充放电量变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，一种电池内短路的触发方法包括
S10，提供电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片以及隔膜。
所述正极极片和所述负极极片均包括导电材料制成的集流体。所述正极极片的集流体称为正极集流体，所述负极极片的集流体称为负极集流体。所述正极极片和所述负极极片还包括涂覆在集流体表面含正、负极活性材料的浆料，极耳焊接于集流体并引出至卷芯外部。所述集流体是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。集流体的功能主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。只要在充放电时不发生化学反应，而且能发挥传输电子的作用就可以作为集流体。一般情况下正极采用铝作为正极集流体，负极采用铜作为负极集流体。所述隔膜是一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让离子自由通过，而电子不能通过。
在一个实施例中，选定一款锂离子电池，所述选定的锂离子电池即需要进行内短路安全性评价的一款锂离子电池。对于所述锂离子电池在一定温度湿度条件下进行拆解，在手套箱或干燥房内进行，拆解过程中应当避免短路，从而获得所述锂离子电池的电芯。或者是在电池生产制作过程中，直接获取所述锂离子电池没有进行注液、化成的电芯。
S20，在所述电芯内部引入金属粉末，获得内部含金属粉末的电芯。
电池在制造过程中混入其他金属杂质或存在结构缺陷等，在循环使用中容易出现金属枝晶的生长，从而刺穿隔膜，导致电池内短路的发生，进而可以实现对所需电池进行内短路安全性评价。所述金属粉末可以为铜粉或铁粉等。通过在所述电芯内部引入金属粉末，并获得内部含金属粉末的电芯，这样可以不需要破坏电池的机械结构。同时，由内部引发，更好得模拟真实情况下的电池内短路。
在一个实施例中，所述步骤S20包括
S210，提供金属粉末。
所述金属粉末为可以导电的金属颗粒。所述金属粉末可为铜粉、铁粉、金粉、银粉、锡粉、铝粉等具有导电性的金属粉末。金属粉末包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末，是粉末冶金的主要原材料。金属粉末属于松散状物质，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的特性。所述金属粉末通常按转变的作用原理分为机械法和物理化学法两类。既可从固、液、气态金属直接细化获得，又可从其不同状态下的金属化合物经还原、热解、电解而转变制取。因制取方法不同，同一种粉末的形状、结构和粒度等特性常常差别很大。其中应用最广的是还原法、雾化法、电解法。
S220，拆解所述电芯。
将所述电芯在手套箱或干燥房中拆解。拆解时需要注意：禁止用尖锐部件碰撞电池，应清洁工作环境，避免有尖锐部件存在；禁止打开或破坏折边、禁止弯折极耳、禁止坠落、冲击、弯折电芯；禁止用锤子敲击或踩踏电池；禁止敲击或抛掷电池；任何时候禁止短路电芯，它会导致电芯严重损坏，禁止用金属物如电线短路连接电池正负极。
S230，在拆解后的所述电芯内放入金属粉末，以获得所述内部含金属粉末的电芯。
将所述电芯在手套箱或干燥房中拆解后，在其特定位置放置金属粉末。其中，放置位置在正极侧。所述特定位置可以是在正极侧的边缘，也可以是在中央。
在一个实施例中，在所述步骤S230中，所述金属粉末放在所述隔膜与所述正极极片之间。所述金属粉末可以放在所述正极极片中央，也可以设置于所述正极极片的边缘。
根据金属粉末放置于拆解后所述电芯的位置不同，获得不同种类的内短路。也就是说，可以通过控制所述电极上极片活性材料的涂布位置控制内短路的种类。在所述集流体表面涂布电极材料浆料，例如：在卷芯最终段减少负极材料的涂布长度，或者可以利用1-甲基-2吡咯烷酮(N-Methyl pyrrolidone，NMP)溶剂将所述正极极片的部分电极材料擦除。将所述金属金属粉末放置于相对应的正极材料侧，即可触发正极材料-铜类型内短路；将对应位置的正极材料与负极材料擦除，将金属颗粒直接置于裸露的正极集流体铝上，即可触发铝-铜类型内短路。其中，所述铝-负极材料类型的内短路的短路电阻较小，容易发生热失控。
所述内部含金属粉末的电芯的制作方式可以分为叠片式和卷绕式。所述叠片式是将所述正负极极片、所述隔膜裁成规定尺寸的大小。随后将所述正极极片、所述隔膜、所述负极极片叠合成小电芯单体。然后，将小电芯单体叠放并联起来组成一个大容量锂离子电池电芯。所述卷绕式是将分条后的极片固定在卷针上随着卷针转动，将所述正极极片、所述负极极片以及所述隔膜卷成锂离子电芯的工艺方式。在这里极片的大小、卷绕的圈数等参数根据锂离子电池的设计容量来进行确定。因此，可以获得所述内部含金属粉末的电芯，用以制成电池。
在一个实施例中，所述金属粉末的颗粒直径为10μm～500μm。
在一个实施例中，所述电芯通过对选定的电池进行拆解获得。所述电芯通过对选定的电池进行拆解，获得电池的电芯。
在一个实施例中，所述电芯也可以通过在电池生产制作过程中，直接获取未入壳的电芯。如果提供的电芯是对选定的电池进行拆解，那么将加入了金属粉末的电池重新入壳时，只需稍微补充注液并完成封装即可。如果提供的电芯是在电池生产制作过程中，直接获取的未入壳的电芯。那么，将未完成生产制作流程的电芯进行入壳、注液、封装以及化成。
S30，将所述内部含金属粉末的电芯组装成内部含金属粉末的电池。
重复电池的生产过程，将加入了所述内部含金属粉末的电芯入壳、注液以及完成封装。
在一个实施例中，所述步骤S30包括
S310，提供电池外壳。
S320，将所述内部含金属粉末的电芯放入所述电池外壳内。将所述内部含金属粉末的电芯放入外壳，并将所述内部含金属粉末的电芯封装于所述外壳内，且设置有一个开口。把所述内部含金属粉末的电芯装入冲好的电池外壳中，用封口机热封电池，并留有一个开口，用以注入电解液。
S330，向所述电池外壳内注入适量的电解液。通过所述开口，向所述外壳内注入适量的电解液。取出所述内部含金属粉末的电芯进行注液工序。通过所述开口，注入适量的电解液。所述电解液的溶质常采用锂盐，如高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂。由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此所述电解液的溶剂常采用有机溶剂，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。
S340，将所述电池外壳进行封装，获得所述内部含金属粉末的电池。将所述开口进行封装，获得所述内部含金属粉末的电池。通过封口机对所述开口进行热封，热封时需要保留开口气袋，以便电池在化成过程中产生的气体能够停留在气袋中，不会引起电池发鼓并致使电池漏液，随后搁置电池24小时。
在一个实施例中，所述S30步骤还包括
S350，将所述内部含金属粉末的电池进行充放电，以稳定所述内部含金属粉末的电池。通过电流对所述内部含金属粉末的电池进行化成。所述化成是将电池放置测试柜进行充放电测试，是锂离子电池生产过程中的重要工序。化成的主要作用：一是使电池中活性物质借助于第一次充电转化成具有正常电化学作用的物质；二是使电极主要是负极形成有效的钝化膜或固体电解质面膜(SEI膜)。为了使负极石墨表面形成均匀的固体电解质面膜(SEI膜)，通常采用阶梯式充放电的方法，在不同的阶段，充放电电流不同，搁置的时间也不同，应根据所用的材料和工艺路线具体掌握。通常化成时间控制在24h左右。负极表面的SEI膜在锂离子电池的电化学反应中，对于电池的稳定性扮演着重要的角色。待电池电化学状态稳定后，电池容量即趋稳定。因此，有些化成程序包含多次充放电循环以达到稳定电池的目的。固体电解质面膜的好坏直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能。锂离子电池在化成过程中会释放停留在气袋中的气体。将气体排出去之后，将外壳彻底密封。
S40，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环诱导枝晶生长刺穿所述电芯内部的隔膜，从而触发所述内部含金属粉末的电池内短路。在锂离子电池生产制作过程中加入所述金属粉末，通过充放电循环，所述金属粉末溶解扩散并析出，从而诱导金属枝晶生长，最终枝晶刺穿隔膜，从而触发锂离子电池的内短路。通过对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环诱导枝晶生长的方法能同时造成电池电压的下降和温度的升高。同时，所述电池内短路的触发方法的实验可重复性强、内短路可控触发，对电池材料造成的损伤与实际内短路相近。
在一个实施例中，所述步骤S40包括
S410，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环。
在对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环时，以1C～3C电流恒流对所述内部含金属粉末的电池进行充电，直至到截止电压后采用恒压进行充电；以1C～3C电流恒流对所述内部含金属粉末的电池进行放电，直至截止电压。对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环直至电池发生内短路，同时测量所述内部含金属粉末电池的表面温度。当所述内部含金属粉末的电池发生内短路后，可能会出现鼓胀、起火等现象，电池表面温度会上升，循环中充电电量明显大于放电电量，充电结束后静置时电池电压快速下降，有可能下降至电池正常工作电压范围以下。
S420，在充放电循环过程中，计算所述内部含金属粉末电池的充电电量与放电电量。
充放电机在充放电的时候会记录电流、电压等参数数据，会根据安时积分法(Ah积分法)自动计算充电电量、放电电量。
Ah积分法可用于所有电动汽车电池。Ah积分法从外部记录进出电池的能量，采用积分实时测量充入电池和从电池放出的能量，对电池的电量进行长时间的记录与监测，从而能够给出电池任意时刻的剩余电量。
S430，当所述充电电量大于所述放电电量时，所述内部含金属粉末的电池发生内短路。
所述内部含金属粉末的电池内短路是指所述金属粉末的枝晶生长，致使所述内部含金属粉末电池的正负极材料导通，同时因电势差产生放电并伴随生热的现象。所述内部含金属粉末电池发生内短路时，会产生较大的电流，同时也产生热量。在这个过程中，所述内部含金属粉末电池产生的热量和释放的电能会导致电池寿命严重受损。内短路发生后，电池内部产生的局部电流会释放一定量的焦耳热，对内短路当地的电池材料进行加热。当电池内部温度没有达到触发电池热失控连锁反应的温度时，电池发生持续地自放电并释放热量，影响锂离子电池的性能和寿命；如果电池内部温度达到了触发电池热失控连锁反应的温度，内短路即会造成电池的热失控，发生起火爆炸等现象，威胁人身和财产安全。
在一个实施例中，所述电池内短路的触发方法还包括：
S50，获取所述内部含金属粉末的电池发生内短路过程中的参数，并对内短路安全性能进行评价。
电池中有些化学性质非常活泼，很容易燃烧。当电池充放电时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压加大。压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。在使用过程中，电池内短路是电池滥用触发形式的一种。同时，锂离子动力电池热失控事故中最常见的诱因之一。随着电池体系比能量的升高，锂离子电池电极材料增厚、隔膜变薄，电池发生内短路的概率增加。所以，对电池进行内短路安全性能进行评价至关重要，是电池出厂前必不可少的步骤。
在一个实施例中，所述S50步骤包括：
S510，获取所述内部含金属粉末的电池的初次发生内短路时的循环数。初次发生内短路时的循环数越大，说明所述内部含金属粉末电池的内短路安全性越好，实际中越不容易发生自引发内短路。
S520，获取所述内部含金属粉末的电池的发生内短路直到电池失效的循环数。如果发生内短路直到电池失效的循环数较大，说明所述内部含金属粉末的电池在发生内短路后，内短路程度的加剧较慢，电池管理系统可以通过内短路算法的监控及时发现异常电池并处理，降低其危害程度。
S530，检测所述内部含金属粉末的电池是否发生热失控以及发生热失控的最高温度。通过所述电池内短路的触发方法，内短路发生时，可同时捕捉到所述内部含金属粉末电池的热电特征，判断是否发生热失控。热失控是指锂离子电池由于内部组分材料放热反应引起的不可控温度骤升现象，一般伴随着电池胀气泄露、起火、爆炸。如果发生内短路后不发生热失控，说明所述内部含金属粉末的电池安全性较高。如果发生热失控，热失控最高温度越高，所述内部含金属粉末的电池安全性越差。
S540，根据所述初次发生内短路时的循环数、所述发生内短路直到电池失效的循环数以及所述发生热失控的最高温度对所述内部含金属粉末的电池的内短路安全性能进行评价。
初次发生内短路时的循环数越大，说明所述内部含金属粉末电池的内短路安全性越好，实际中越不容易发生自引发内短路。如果发生内短路直到电池失效的循环数较大，说明所述内部含金属粉末的电池在发生内短路后，内短路程度的加剧较慢，电池管理系统可以通过内短路算法的监控及时发现异常电池并处理，降低其危害程度。如果发生内短路后不发生热失控，说明所述内部含金属粉末的电池安全性较高。如果发生热失控，热失控最高温度越高，所述内部含金属粉末的电池安全性越差。
所述电池内短路的触发方法通过在电池内部加入金属粉末，利用循环充放电的方法诱导枝晶生长使其刺穿隔膜触发电池内短路。所述电池内短路的触发方法不需要破坏电池的机械结构，同时由内部引发，更好得模拟真实情况下的电池内短路。并且，内短路产热量完全被电池吸收，被内短路消耗的电量与电池放电量相近，最大程度地模拟真实情况下的内短路。因此，所述电池内短路的触发方法可以进行内短路机理的探究，为内短路识别与检测算法提供依据，同时评价电池的内短路安全性，为电池组的安全性设计提供参考。
在一个实施例中，一种电池内短路的触发方法包括以下步骤：
S10，提供电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片以及隔膜。
选定一款软包锂离子电池，所述软包锂离子电池的正极活性材料为镍钴锰三元材料，所述软包锂离子电池的负极活性材料为石墨，隔膜具有PE基质，容量为1Ah。软包装材料包括层叠体以及形成在所述层叠体表面的密封层。所述层叠体包括依次层叠设置的基材层、粘结层和铝箔层。所述密封层包括依次层叠设置的粘结树脂层和热封层。所述粘结树脂层形成在所述铝箔层的另一表面上，所述层叠体和所述密封层通过热压辊层压复合。
在选定的所述软包锂离子电池生产制作过程中直接获得其未入壳的电芯，所述软包锂离子电池为卷绕式。
S20，在所述电芯内部引入金属粉末，获得内部含金属粉末的电芯。
S210，拆解所述电芯。将所述电芯在干燥房中拆解，其中干燥房温度为25℃，露点温度为-40℃。
S220，在拆解后的所述电芯内放入金属粉末。在所述电芯中央放置一定量金属粉末，所述金属粉末直径为约为50μm的铜粉。
S230，制作放入金属粉末的电芯，获得所述内部含金属粉末的电芯。采用卷绕的方式制作放入金属粉末的电芯，再次卷绕。采用卷绕式制作所述内部含金属粉末的电芯时，注意防止所述金属粉不要移动。
S30，将所述内部含金属粉末的电芯组装成内部含金属粉末的电池。将所述内部含金属粉末的电芯入壳、注液、封装。
S310，将所述内部含金属粉末的电芯放入外壳，并将所述内部含金属粉末的电芯封装于所述外壳内，且设置有一个开口。
S320，通过所述开口，向所述外壳内注入适量的电解液。
S330，将所述开口进行封装，获得所述内部含金属粉末的电池。
S40，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环诱导枝晶生长刺穿所述电芯内部的隔膜，从而触发所述内部含金属粉末的电池内短路。
S410，对所述内部含金属粉末的电池进行充放电循环。对所述内部含金属粉末的锂离子电池使用1A电流进行充放电循环。
S420，在充放电循环中，金属枝晶生长刺穿隔膜，导致所述内部含金属粉末的电池内短路的发生。诱导枝晶生长刺穿所述电芯内部的隔膜，直至电池发生内短路。
S50，获取所述内部含金属粉末的电池发生内短路过程中的参数，并对内短路安全性能进行评价。
S510，获取初次发生内短路时的循环数；
S520，获取发生内短路直到电池失效的循环数；
S530，检测是否发生热失控以及发生热失控的最高温度；
S540，根据所述初次发生内短路时的循环数、所述发生内短路直到电池失效的循环数以及所述发生热失控的最高温度对所述内部含金属粉末的电池的内短路安全性能进行评价。
请参见图2，当所述内部含金属粉末的锂离子电池发生内短路后，所述内部含金属粉末的锂离子电池的充电电量大于放电电量。随着充放电循环的进行，所述内部含金属粉末的锂离子电池的充放电容量均逐渐降低，从循环9开始所述内部含金属粉末的锂离子电池的放电量快速降低，充电量与放电量差值增大，这说明所述内部含金属粉末的锂离子电池的内部发生了内短路。所述内部含金属粉末的锂离子电池的不断进行自放电导致放电量明显下降。所述初次发生内短路时的循环数等于9，所述内部含金属粉末的锂离子电池比较容易发生内短路。本次实验中所述内部含金属粉末的锂离子电池未失效、未发生热失控，说明所述内部含金属粉末的锂离子电池内短路发生后扩展较慢，可以及时发现并进行安全处理。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。