ES2973154T3 - Batería secundaria para comprobar cortocircuito interno y método y dispositivo para comprobar cortocircuito interno de batería secundaria utilizando la misma - Google Patents

Batería secundaria para comprobar cortocircuito interno y método y dispositivo para comprobar cortocircuito interno de batería secundaria utilizando la misma Download PDF

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Abstract

Se proporciona una batería secundaria para probar un cortocircuito interno y un método y un dispositivo para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria usando la misma. Una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente invención comprende: un terminal metálico del lado del cátodo que tiene un extremo dispuesto entre una placa catódica y un separador de la batería secundaria; y un terminal metálico del lado del ánodo que tiene un extremo dispuesto entre una placa de ánodo y el separador de la batería secundaria, y se utiliza para provocar un cortocircuito interno poniendo en contacto el otro extremo del terminal metálico del lado del cátodo con el otro extremo. del terminal metálico del lado del ánodo. Según la presente invención, es posible probar un cortocircuito interno en un estado deseado, como después de un ciclo prolongado y almacenamiento a alta temperatura de una batería secundaria, sin verse afectado por las condiciones de temperatura de prueba. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria para comprobar cortocircuito interno y método y dispositivo para comprobar cortocircuito interno de batería secundaria utilizando la misma
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a un método y aparato para evaluar la seguridad de una batería secundaria, y más particularmente, a un método y aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria.
La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2018-0089876 presentada el 1 de agosto de 2018 ante la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual.
Estado de la técnica
Con el desarrollo tecnológico y la creciente demanda de dispositivos móviles, vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía y sistemas de alimentación ininterrumpida, la demanda de baterías secundarias está aumentando drásticamente como fuente de energía que satisface la demanda de alto rendimiento y alta capacidad. Baterías secundarias habituales son las baterías secundarias de litio. Una batería secundaria incluye una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo con un separador interpuesto entre las mismas. El separador tiende a encogerse. Por esta razón, cuando la batería secundaria se mantiene en un entorno de temperatura extremadamente alta durante mucho tiempo, se produce un contacto mecánico entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, provocando un cortocircuito interno. Además, el separador correspondiente se destruye por el polvo conductor adherido a la superficie de la placa de electrodo positivo o de la placa de electrodo negativo o por el metal de litio chapado en la placa de electrodo negativo, y la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo se conectan eléctricamente entre sí, provocando un cortocircuito interno. Además, puede producirse un cortocircuito interno debido a impactos externos aplicados a la batería secundaria.
Cuando se produce un cortocircuito interno, la parte en cortocircuito se expande por el calor Joule implicado en la corriente de cortocircuito y se produce una generación anormal de calor y, en algunos casos, la batería secundaria puede destruirse. Como se ha descrito anteriormente, cuando se produce un cortocircuito interno, la elevada energía eléctrica almacenada en cada placa de electrodo fluye instantáneamente, por lo que el riesgo de explosión es mucho mayor que el de accidentes como la sobrecarga o la sobredescarga. Por esta razón, es necesario gestionar cuidadosamente un cortocircuito interno con fines de seguridad, y es importante evitar que se produzca un cortocircuito interno en la batería secundaria, pero cuando se produce un cortocircuito interno en la batería secundaria, es importante suprimir la destrucción y garantizar la seguridad como se ha descrito anteriormente. Por consiguiente, se considera más importante aumentar la seguridad de la batería secundaria en caso de cortocircuito interno y evaluar con precisión si una batería secundaria es segura realizando una prueba de cortocircuito interno tras el diseño o la fabricación de la batería secundaria.
Como técnica existente para provocar un cortocircuito interno, se conocen la penetración de clavos y los dispositivos de cortocircuito interno (ISC). La penetración de clavos hace que un clavo pase a través de una batería secundaria para inducir un cortocircuito interno, y es la forma más sencilla de provocar un cortocircuito interno. Sin embargo, es imposible simular perfectamente el problema del cortocircuito interno que se produce sobre el terreno, y se produce un cortocircuito interno por encima de lo necesario. Los dispositivos ISC fueron desarrollados por investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), Departamento de Energía (DOE), EE.UU., y la patente correspondiente es US2013-020984.
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece de un dispositivo ISC, y la figura 2 es una vista en sección transversal que muestra un método de inserción del dispositivo iSc en una batería secundaria.
Haciendo referencia a la figura 1, el dispositivo 1 ISC incluye un disco 10 de cobre y un disco 40 de aluminio con una capa 30 de cera interpuesta entre los mismos, y una membrana 20 de polietileno o polipropileno está interpuesta entre el disco 10 de cobre y la capa 30 de cera y tiene una pastilla 15 de cobre en el centro. Como se muestra en la figura 2, el dispositivo 1 ISC se inserta y utiliza entre la placa 110 de electrodo positivo y la placa 120 de electrodo negativo de la batería secundaria. En primer lugar, se forma un orificio H en el separador 130 entre la placa 110 de electrodo positivo y la placa 120 de electrodo negativo de la batería secundaria, y el dispositivo 1 ISC se inserta en el orificio H del separador 130 en la dirección de la flecha de manera que el disco 10 de cobre del dispositivo 1 ISC entra en contacto con la placa 120 de electrodo negativo y el disco 40 de aluminio del dispositivo 1 ISC entra en contacto con la placa 110 de electrodo positivo. Cuando la batería secundaria que tiene el dispositivo 1 ISC insertado entre la placa 110 de electrodo positivo y la placa 120 de electrodo negativo se expone a altas temperaturas, la capa 30 de cera del dispositivo 1 ISC se funde, y el disco 10 de cobre y el disco 40 de aluminio del dispositivo 1 ISC se conectan eléctricamente entre sí, provocando un cortocircuito interno de la batería secundaria. Sin embargo, el dispositivo 1 ISC solo funciona por encima de una temperatura específica a la que se funde la capa 30 de cera, y es imposible provocar un cortocircuito interno a temperatura ambiente. Además, debido a que la capa 30 de cera generalmente se funde a alta temperatura (60 o más), en el proceso de fabricación de una batería secundaria de tipo bolsa que incluye el proceso de laminación que implica calor a alta temperatura es imposible insertar el dispositivo 1 ISC desde el principio cuando se fabrica la batería secundaria, y después de desmontar la batería secundaria fabricada, se inserta el dispositivo 1 ISC. Además, cuando se prueba la batería secundaria sometida a un cortocircuito interno tras un ciclo largo o envejecimiento a alta temperatura, la capa 30 de cera se funde antes de la prueba, haciendo imposible la prueba prevista.
El documento EP2157653A1 proporciona un método para evaluar la seguridad de una batería en condiciones de cortocircuito interno. La batería incluye: un grupo de electrodo que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y una capa aislante para aislar eléctricamente los electrodos, que están enrollados o laminados; un electrolito; un alojamiento para alojar el grupo de electrodo y el electrolito; y un terminal colector de corriente para conectar eléctricamente el grupo de electrodo y el alojamiento. El método de la invención incluye: colocar un objeto extraño en un lugar dentro del grupo de electrodo de la batería, en donde el electrodo positivo y el electrodo negativo están enfrentados; y presionar la ubicación mediante la presión aplicada por una herramienta de presión para aplastar localmente la capa aislante entre los electrodos positivo y negativo, provocando de este modo un cortocircuito interno. El área de contacto del grupo de electrodo y la herramienta de presión durante la presión es mayor que el área de un rectángulo circunscrito alrededor del objeto extraño. Se realiza una prueba de cortocircuito en una ubicación determinada dentro de la batería para evaluar exhaustivamente la seguridad de la batería bajo una condición de cortocircuito interno. El documento internacional WO2018084675A proporciona un método de estimación de reacción para una batería secundaria y una célula de batería utilizada para la misma para diseñar una batería secundaria en la que se mejora un rendimiento de carga rápida mediante la estimación de una reacción de un electrodo en una dirección de grosor, comprendiendo el método: (a) una etapa de preparar una célula de batería que tiene una estructura de un primer electrodo/una película separadora/un electrodo de referencia/una película separadora/un segundo electrodo, en donde el segundo electrodo tiene una estructura de una parte de capa superior/una película porosa/una parte de capa inferior; (b) una etapa de establecer un estado de carga para estimar una reacción de la célula de batería; (c) una etapa de medición de una tensión y una corriente respectivamente de la parte de capa superior, la parte de capa inferior, y la célula de batería mientras se alcanza el estado de carga establecido; (d) una etapa de medición de una tensión de circuito abierto de la parte de capa superior, la parte de capa inferior, y la célula de batería después del estado de carga; y (e) una etapa de comparación y análisis de una capacitancia, obtenida utilizando la corriente medida, y la tensión de circuito abierto medida.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver el problema descrito anteriormente, y por tanto la presente divulgación está dirigida a proporcionar una batería secundaria para probar un cortocircuito interno, en donde se realiza una prueba de cortocircuito interno en un estado deseado de la batería secundaria después de un ciclo largo y almacenamiento a alta temperatura sin verse afectada por la condición de temperatura de prueba.
La presente divulgación se dirige además a proporcionar un método y un aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria, en el que se realiza una prueba de cortocircuito interno en un estado deseado de la batería secundaria después de un ciclo largo y un almacenamiento a alta temperatura sin verse afectado por la condición de temperatura de prueba.
Estos y otros objetos y las ventajas de la presente divulgación se entenderán a partir de la siguiente descripción y resultarán evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Además, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación se realizan por los medios expuestos en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de los mismos.
Solución técnica
Para lograr el objeto descrito anteriormente, se proporciona una batería secundaria según la reivindicación 1.
En un ejemplo, la batería secundaria para probar un cortocircuito interno puede incluir una pluralidad de células unitarias, y solo una de las células unitarias puede incluir el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo.
En otro ejemplo, la batería secundaria para probar un cortocircuito interno puede incluir una pluralidad de células unitarias, y una de las células unitarias puede incluir cualquiera del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo positivo y cualquiera del terminal metálico del lado del electrodo negativo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo, y otra célula unitaria puede incluir el otro terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro terminal metálico del lado del electrodo negativo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo.
Preferiblemente, un extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están alineados en una misma ubicación en una dirección vertical dentro de la célula unitaria, y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están separados en una dirección horizontal fuera de la célula unitaria.
Para ello, el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo pueden doblarse en un plano.
Para lograr otro objeto, un método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la presente divulgación, en el que la batería secundaria incluye al menos una célula unitaria, incluyendo la célula unitaria una placa de electrodo positivo que incluye un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo positivo, incluyendo una placa de electrodo negativo un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo, y un separador interpuesto entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, el método incluye (a) en cualquier célula unitaria, formar un terminal metálico del lado del electrodo positivo que tenga un extremo dispuesto entre la placa de electrodo positivo y el separador y extendiéndose el otro extremo fuera de la célula unitaria, (b) en la célula unitaria que tiene el terminal metálico del lado del electrodo positivo, formar un terminal metálico del lado del electrodo negativo que tenga un extremo dispuesto entre la placa de electrodo negativo y el separador y extendiéndose el otro extremo fuera de la célula unitaria, y (c) provocar un cortocircuito interno en la célula unitaria por contacto entre el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo negativo.
La etapa (c) puede incluir la conexión de un cortocircuito que incluya un conmutador y una resistencia al terminal metálico del lado del electrodo positivo y al terminal metálico del lado del electrodo negativo en un estado apagado del conmutador, y encender el conmutador para provocar un cortocircuito interno en la célula unitaria, y medir una corriente que fluye en el cortocircuito.
Además, la batería secundaria puede incluir además una lengüeta de electrodo positivo formada en la placa de electrodo positivo y un cable de electrodo positivo que tiene un extremo conectado a la lengüeta de electrodo positivo, una lengüeta de electrodo negativo formada en la placa de electrodo negativo y un cable de electrodo negativo que tiene un extremo conectado a la lengüeta de electrodo negativo, y una carcasa de batería de tipo bolsa que está sellada con la célula unitaria y una solución electrolítica recibida en la misma, en donde el otro extremo del cable de electrodo positivo, el cable de electrodo negativo, el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están expuestos desde la carcasa de batería, y el método puede incluir además medir la tensión entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo mientras se provoca el cortocircuito interno en la etapa (c).
Además, según el método de prueba, la etapa (c) puede realizarse mientras la batería secundaria se carga conectando una fuente de alimentación entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo o mientras la batería secundaria se descarga conectando una carga entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo.
En particular, el terminal metálico del lado del electrodo positivo puede ser al menos uno de un primer terminal metálico del lado del electrodo positivo con un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo positivo y un segundo terminal metálico del lado del electrodo positivo con un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo positivo, y el terminal metálico del lado del electrodo negativo puede ser al menos uno de un primer terminal metálico del lado del electrodo negativo con un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo negativo y un segundo terminal metálico del lado del electrodo negativo con un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo negativo.
El método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la reivindicación 6 puede realizarse fácilmente utilizando la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación.
La divulgación presente proporciona además un aparato para probar un cortocircuito interno que sea conveniente para realizar el método para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación. El aparato incluye una cámara antiexplosión que carga la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación, un cortocircuito configurado para conectarse al terminal metálico del lado del electrodo positivo y al terminal metálico del lado del electrodo negativo de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno, comprendiendo el cortocircuito un conmutador y una resistencia, un aparato de medición de corriente que mide una corriente que fluye en el cortocircuito, y un controlador que controla el encendido y apagado del conmutador.
El aparato puede incluir además una fuente de alimentación o una carga configurada para conectarse entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno, y un aparato de medición de tensión que mide la tensión entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo.
Efectos ventajosos
El método para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación no simula una situación anormal como una prueba de penetración de clavos. Según la presente divulgación, es posible simular perfectamente el problema de cortocircuito interno que se produce en el campo, y provocar un cortocircuito interno en una condición en la que no se produce un cortocircuito interno por encima de lo necesario, y en ese momento, evaluar la seguridad de la batería secundaria.
El método para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación puede utilizarse en el diseño de la batería secundaria o en el examen después del montaje. El estado de la batería secundaria se evalúa simulando con precisión la situación de cortocircuito interno de la batería secundaria, logrando una evaluación sustancial de la seguridad del diseño de la batería secundaria, y puede utilizarse en el examen y corrección de nuevos estándares de diseño.
Según la presente divulgación, un extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y un extremo del terminal metálico del lado del electrodo negativo que pueden causar un cortocircuito interno están dispuestos dentro de la célula unitaria y el otro extremo está dispuesto fuera de la célula unitaria. Provocando un cortocircuito interno por contacto entre el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo negativo, es posible controlar el punto de tiempo preciso en el que se produce el cortocircuito fuera de la célula unitaria. Conectando la resistencia al otro extremo del terminal metálico que puede causar un cortocircuito interno y midiendo la corriente que fluye a través de la resistencia, es posible medir la corriente de cortocircuito y la resistencia de cortocircuito según cada tipo de cortocircuito interno.
Según la presente divulgación, no se utiliza la capa de cera empleada en el dispositivo ISC convencional, por lo que es posible evitar la influencia de la condición de temperatura de prueba. Debido a que no se ve afectado por el entorno de prueba, es posible provocar un cortocircuito interno incluso a temperatura ambiente, y simular el cortocircuito interno en un estado deseado de la célula después de un ciclo largo y un almacenamiento a alta temperatura.
Según la presente divulgación, el terminal metálico que tiene el otro extremo dispuesto fuera de la célula unitaria puede provocar un cortocircuito interno de la batería secundaria de forma sostenible y controlable. Un extremo del terminal metálico puede colocarse en cualquier ubicación dentro de la célula unitaria. Por consiguiente, pueden producirse cuatro tipos de cortocircuitos internos en el colector de corriente de electrodo positivo-el colector de corriente de electrodo negativo, la capa de material activo de electrodo positivo-el colector de corriente de electrodo negativo, la capa de material activo de electrodo positivo-la capa de material activo de electrodo negativo y el colector de corriente de electrodo positivo-la capa de material activo de electrodo negativo de la batería secundaria.
Descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones preferidas de la presente divulgación y, junto con la siguiente descripción detallada, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación. Sin embargo, la presente divulgación no debe interpretarse como limitada a los dibujos.
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece del dispositivo ISC convencional.
La figura 2 es una vista en sección transversal que muestra un método de inserción del dispositivo ISC convencional en una batería secundaria.
La figura 3 es un diagrama que ilustra la estructura interna de una célula unitaria y el tipo de cortocircuito interno. La figura 4 es una vista en perspectiva en despiece de una célula unitaria de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación.
La figura 5 es una vista desde arriba de una carcasa de batería sellada que tiene la célula unitaria de la figura 4. La figura 6 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea VI-VI' de la figura 5.
Las figuras 7A a 7D son vistas en sección transversal a lo largo de la dirección longitudinal del terminal metálico que muestran la implementación según cada tipo de cortocircuito interno.
La figura 8 es un diagrama de circuito de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno de la figura 5 durante una prueba de cortocircuito interno.
La figura 9 es un diagrama de circuito que ilustra una comparación entre un cortocircuito externo y un cortocircuito interno.
La figura 10 es un diagrama de un aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la presente divulgación.
La figura 11 es una vista en perspectiva en despiece de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según otra realización de la presente divulgación.
La figura 12 es una vista en perspectiva en despiece de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según otra realización de la presente divulgación.
La figura 13 es una imagen fotográfica de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según un ejemplo experimental de la presente divulgación.
La figura 14 es una imagen fotográfica de un dispositivo de cortocircuito utilizado en un ejemplo experimental de la presente divulgación.
La figura 15 es un diagrama que muestra la conexión entre una batería secundaria para probar un cortocircuito interno y un dispositivo de cortocircuito según un ejemplo experimental de la presente divulgación.
La figura 16 muestra una caída de tensión de la célula completa medida mediante una prueba de cortocircuito interno en un ejemplo experimental de la presente divulgación.
La figura 17 es un gráfico que muestra los cambios en la corriente de cortocircuito medida por una prueba de cortocircuito interno realizada en dos baterías secundarias para probar un cortocircuito interno que tienen diferentes capas de material activo de electrodo positivo según un ejemplo experimental de la presente divulgación.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, las realizaciones preferidas de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, las realizaciones según la presente divulgación pueden modificarse de muchas formas diferentes, y el alcance de la presente divulgación no debe interpretarse como limitado a las realizaciones divulgadas. Las realizaciones de la presente divulgación se proporcionan para ayudar a los expertos en la técnica a comprender la presente divulgación completa y totalmente.
Debe entenderse que los términos o palabras utilizados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a los significados generales y de diccionario, y deben interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación en base al principio de que se permite al inventor definir los términos adecuadamente para su mejor explicación.
Por tanto, las realizaciones descritas en el presente documento y las ilustraciones mostradas en los dibujos son solo una realización más preferida de la presente divulgación, pero no pretenden describir completamente los aspectos técnicos de la presente divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otras equivalencias y modificaciones a la misma en el momento de presentar la solicitud. En los dibujos, los números de referencia similares designan elementos similares.
En las realizaciones descritas a continuación, una batería secundaria se refiere a una batería secundaria de litio. En este caso, la batería secundaria de litio se refiere colectivamente a las baterías secundarias en las que los iones de litio actúan como iones de trabajo durante la carga y descarga, causando reacciones electroquímicas en el electrodo positivo y el electrodo negativo.
Mientras tanto, debe interpretarse que, aunque el nombre de la batería secundaria cambia en función del tipo de electrolito o separador utilizado en la batería secundaria de litio, el tipo de carcasa de batería utilizada para embalar la batería secundaria y la estructura interna o externa de la batería secundaria de litio, la batería secundaria de litio abarca cualquier batería secundaria que utilice iones de litio como iones de trabajo.
La presente divulgación también puede aplicarse a baterías secundarias distintas de las baterías secundarias de litio. En consecuencia, debe interpretarse que la presente divulgación abarca cualquier tipo de batería secundaria a la que puedan aplicarse los aspectos técnicos de la presente divulgación, aunque los iones de trabajo no sean iones de litio.
La figura 3 es un diagrama que ilustra la estructura interna de una célula unitaria y el tipo de cortocircuito interno. Con referencia a la figura 3, la célula 101 unitaria incluye una placa 110 de electrodo positivo, una placa 120 de electrodo negativo y un separador 130.
La placa 110 de electrodo positivo incluye un colector 112 de corriente de electrodo positivo y una capa 114 de material activo de electrodo positivo, y la placa 120 de electrodo negativo incluye un colector 122 de corriente de electrodo negativo y una capa 124 de material activo de electrodo negativo. Aunque la figura 3 muestra la capa 114 de material activo de electrodo positivo formada sobre una superficie del colector 112 de corriente de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo formada sobre una superficie del colector 122 de corriente de electrodo negativo, la capa 114 de material activo de electrodo positivo puede estar formada sobre dos superficies del colector 112 de corriente de electrodo positivo. La capa 124 de material activo de electrodo negativo también puede estar formada en dos superficies del colector 122 de corriente de electrodo negativo.
La placa 110 de electrodo positivo puede fabricarse recubriendo la capa 114 de material activo de electrodo positivo que incluye óxido metálico de litio NCM que contiene Ni, Co, Mn como material activo de electrodo positivo sobre el colector 112 de corriente de electrodo positivo como, por ejemplo, aluminio (Al), secado y prensado. La placa 120 de electrodo negativo puede fabricarse recubriendo la capa 124 de material activo de electrodo negativo que incluye grafito como material activo de electrodo negativo sobre el colector 122 de corriente de electrodo negativo como, por ejemplo, cobre (Cu), seguido de secado y prensado.
El separador 130 se interpone entre la placa 110 de electrodo positivo y la placa 120 de electrodo negativo para separarlas. El separador 130 es una película aislante porosa, para permitir el movimiento de los iones de litio y separar eléctricamente cada placa 110, 120 de electrodo. El separador 130 puede incluir, por ejemplo, una lámina o un material textil no tejido hecho de polímero a base de olefina que tenga resistencia química y propiedad hidrófoba, como polipropileno, fibra de vidrio o polietileno, pero no se limita a lo anterior. Preferiblemente, pueden recubrirse partículas inorgánicas en la superficie del separador 130.
Hay cuatro tipos de cortocircuitos internos en la célula 101 unitaria. Se trata de un cortocircuito S<a>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo y el colector 122 de corriente de electrodo negativo, un cortocircuito S<b>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo, un cortocircuito S<c>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y un cortocircuito S<d>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo. Una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación está configurada para probar por separado cada uno de los cuatro tipos de cortocircuitos S<a>~ S<d>internos.
Las figuras 4 a 6 son diagramas de la pila secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación, la figura 4 es una vista en perspectiva en despiece de la célula unitaria incluida en la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación, y la figura 5 es una vista desde arriba de una carcasa de batería sellada que tiene la celda unitaria de la figura 4 recibida en su interior. La figura 6 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea VI-VI' de la figura 5 a lo largo de la dirección longitudinal de un terminal metálico, y algunos elementos se omiten y solo un mínimo de elementos necesarios para la descripción se muestran.
Una batería secundaria incluye básicamente un conjunto de electrodo que incluye una célula unitaria con una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador interpuesto entre las mismas, por ejemplo, la célula 101 unitaria mostrada en la figura 3. Aunque la realización descrita a continuación con referencia a las figuras 4 a 6 muestra el conjunto de electrodo que incluye una célula unitaria, el conjunto de electrodo puede incluir una pluralidad de células unitarias, y preferiblemente, al menos una de la pluralidad de células unitarias tiene la estructura descrita con referencia a la figura 3. La célula unitaria puede utilizarse para fabricar un conjunto de electrodo de tipo apilado, apilado y plegado, o de tipo “enrollado”. Los métodos de fabricación de muchos tipos de conjuntos de electrodo son bien conocidos en la técnica, y su descripción detallada se omite en el presente documento.
Haciendo referencia a las figuras 4 a 6, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación puede incluir básicamente una célula unitaria similar a la de la figura 3. La batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno incluye una célula 101' unitaria que incluye una placa 110 de electrodo positivo, una placa 120 de electrodo negativo y un separador 130.
La placa 110 de electrodo positivo incluye una lengüeta 116 de electrodo positivo 116, y la placa 120 de electrodo negativo incluye una lengüeta 126 de electrodo negativo. El colector 112 de corriente de electrodo positivo y el colector 122 de corriente de electrodo negativo incluyen una región no recubierta con una capa de material activo (una región no recubierta), y cada lengüeta 116, 126 de electrodo puede estar formada en la región no recubierta. Como se muestra, cada lengüeta 116, 126 de electrodo puede sobresalir en una dirección de manera que se forman en paralelo en un lado de la célula 101' unitaria, y puede sobresalir en dos direcciones de manera que se forman en un lado de la célula 101' unitaria y el otro lado opuesto a un lado.
En la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, la célula 101' unitaria incluye un terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y un terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo. En detalle, en la célula 101' unitaria, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo tiene un extremo dispuesto entre la placa 110 de electrodo positivo y el separador 130 y el otro extremo se extiende fuera de la célula 101' unitaria. El terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo tiene un extremo dispuesto entre la placa 120 de electrodo negativo y el separador 130 y el otro extremo se extiende fuera de la célula 101' unitaria.
En este caso, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo puede estar formado entre el colector de corriente de electrodo positivo de la placa 110 de electrodo positivo y el separador 130 o entre la capa de material activo de electrodo positivo de la placa 110 de electrodo positivo y el separador 130. Por supuesto, el terminal metálico del lado del electrodo positivo puede formarse entre el colector de corriente de electrodo positivo de la placa 110 de electrodo positivo y el separador 130 y el terminal metálico del lado del electrodo positivo puede formarse entre la capa de material activo de electrodo positivo y el separador 130. En particular, haciendo referencia a la figura 6, esta realización describe el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo formado entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo de la placa 110 de electrodo positivo y el separador 130 a modo de ejemplo.
El terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo puede formarse entre el colector de corriente de electrodo negativo de la placa 120 de electrodo negativo y el separador 130 o entre la capa de material activo de electrodo negativo de la placa 120 de electrodo negativo y el separador 130. Por supuesto, el terminal metálico del lado del electrodo negativo puede formarse entre el colector de corriente de electrodo negativo de la placa 120 de electrodo negativo y el separador 130 y el terminal metálico del lado del electrodo negativo puede formarse entre la capa de material activo de electrodo negativo y el separador 130. Como se muestra en la figura 6, esta realización describe el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo formado entre la capa 124 de material activo de electrodo negativo de la placa 120 de electrodo negativo y el separador 130 como un ejemplo.
El terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se forman preferiblemente en una ubicación en la que no hay interferencia con cada lengüeta 116, 126 de electrodo. Un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo pueden entrar en contacto con cada placa 110, 120 de electrodo, y el otro extremo puede quedar expuesto desde la célula 101' unitaria. Un extremo de cada terminal 210, 220 metálico en contacto con cada placa 110, 120 de electrodo está preferiblemente alineado en la dirección vertical u horizontal con respecto a la superficie ancha de la célula 101' unitaria. En consecuencia, como se muestra en las figuras 4 y 5, cuando la línea en donde el plano perpendicular al plano sobre el que se coloca la superficie ancha de la célula 101' unitaria se encuentra con cada placa 110, 120 de electrodo se indica mediante, por ejemplo, C-C, es deseable insertar cada terminal 210, 220 metálico de manera que un extremo de cada terminal 210, 220 metálico se coloque en C-C, y cuando se observa hacia abajo desde la superficie ancha de la célula 101' unitaria, un extremo de cada terminal 210, 220 metálico se alinea en la misma ubicación. Cuando falla la alineación, cada placa 110, 120 de electrodo en contacto con cada terminal 210, 220 metálico actúa como una zona no reactiva, y existe la probabilidad de que se reduzca la capacidad y se produzca chapado de Li. En consecuencia, preferiblemente, un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se colocan a lo largo de C-C y se alinean en la misma ubicación en la dirección vertical u horizontal dentro de la célula 101' unitaria.
Además, para evitar un cortocircuito involuntario causado por el contacto entre cada terminal 210, 220 metálico, excepto el otro extremo que entrará en contacto para causar un cortocircuito interno, las partes de cada terminal 210, 220 metálico que no están en contacto directo con cada placa 110, 120 de electrodo están preferiblemente aisladas. Por ejemplo, puede fijarse una cinta aislante a la parte correspondiente.
Mientras tanto, cuando se manipula en otros casos excepto la prueba de cortocircuito interno, para evitar un contacto involuntario entre cada terminal 210, 220 metálico causado por factores mecánicos externos horizontales o verticales, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo están preferiblemente separados uno con respecto a otro en el plano en el que se coloca la superficie ancha de la célula 101' unitaria. Es decir, preferiblemente, el otro extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo están separados uno con respecto a otro fuera de la célula 101' unitaria. Esto es para prevenir un contacto inadvertido entre los mismos antes de la prueba de cortocircuito interno.
En consecuencia, en esta realización, cada terminal 210, 220 metálico puede doblarse en una forma predeterminada de manera que estén alineados en la misma ubicación en la dirección vertical dentro de la célula 101' unitaria y separados uno con respecto a otro en la dirección horizontal fuera de la célula 10' unitaria como se muestra. La forma plana de cada terminal 210, 220 metálico puede doblarse dos veces 90 °, y cada terminal 210, 220 metálico con forma de tira puede doblarse dos veces 90 °. En cualquier caso, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo pueden doblarse en el plano. Aunque esta realización describe cada lengüeta 116, 126 de electrodo formada en paralelo en un lado de la célula 101' unitaria y el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo formados en paralelo en el otro lado, la presente divulgación no se limita a esta ubicación de formación.
La batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno incluye un cable 118 de electrodo positivo con un extremo conectado a la lengüeta 116 de electrodo positivo y un cable 128 de electrodo negativo con un extremo conectado a la lengüeta 126 de electrodo negativo, y una carcasa de batería apropiada, por ejemplo, la carcasa 230 de batería de tipo bolsa mostrada en la figura 5, en la cual se reciben la célula 101' unitaria y una solución electrolítica, y la carcasa de batería se sella por calor. El otro extremo de cada uno del cable 118 de electrodo positivo, cable 128 de electrodo negativo, terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo queda expuesto desde la carcasa 230 de batería. Para aumentar la capacidad de sellado, puede interponerse una cinta S de sellado entre el cable 118 de electrodo positivo, el cable 128 de electrodo negativo, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, y la carcasa 230 de batería. El cable 118 de electrodo positivo que tiene la cinta S de sellado adherida está conectado a la lengüeta 116 de electrodo positivo, el cable 128 de electrodo negativo que tiene la cinta S de sellado adherida está conectado a la lengüeta 126 de electrodo negativo, en la que para el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo se utiliza una tira metálica, por ejemplo de aluminio, que tiene la cinta S de sellado adherida, y para el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se utiliza una tira metálica, por ejemplo de cobre, que tiene la cinta S de sellado adherida.
No es necesario fijar o soldar el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo a la célula 101' unitaria. Simplemente, un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y un extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, después de insertarse en una ubicación deseada entre la placa 110 de electrodo positivo, el separador 130 y la placa 120 de electrodo negativo, pueden colocarse en su lugar mediante un método general de fabricación de baterías secundarias, por ejemplo, laminación.
Además de la célula 101' unitaria, cuando la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno incluye además otra célula unitaria, las lengüetas de electrodo positivo convergen y se conectan a un cable de electrodo positivo, y las lengüetas de electrodo negativo convergen y se conectan a un cable de electrodo negativo. Excepto esto, se aplica la descripción anterior.
El terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo pueden formarse de manera distinguible a simple vista. Por ejemplo, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo pueden estar formados de forma distinguible en diferentes colores, utilizando marcas, en diferentes tamaños (grosor o anchura), o diferentes longitudes expuestas desde la célula 101' unitaria. Cuando se utiliza aluminio para el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y cobre para el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, se produce naturalmente una diferencia de color debido a una diferencia de material. Para hacer una diferencia de color, el otro extremo de cada terminal 210, 220 metálico puede colorearse usando medios tales como tinta (más preferiblemente, eléctricamente conductora). Cada terminal 210, 220 metálico puede marcarse utilizando medios de marcado como marcado por láser.
Además, cuando el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se forman de forma distinguible a simple vista, y además, se forman de forma distinguible del cable 118 de electrodo positivo y del cable 128 de electrodo negativo, cada terminal 210, 220 metálico que es un terminal para la prueba de cortocircuito interno y cada cable 118, 128 de electrodo que es un terminal realmente relacionado con la entrada/salida (E/S) de corriente de la batería secundaria pueden distinguirse, y más preferiblemente, no hay riesgo de malentendido o confusión al manipularlos.
Como se muestra en la figura 6, en esta realización, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo se forma entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y el separador 130, y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se forma entre la capa 124 de material activo de electrodo negativo y el separador 130. Cuando la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se utiliza por el método normal de la misma manera que otras baterías secundarias, los electrones (e-) relacionados con la carga/descarga se moverán a través de un cable externo (no mostrado) conectado al cable 118 de electrodo positivo y al cable 128 de electrodo negativo y los iones de litio (Li+) se moverán entre la placa 110 de electrodo positivo y la placa 120 de electrodo negativo (por ejemplo, en la dirección de la flecha) a través del separador 130 por el principio de funcionamiento de la batería secundaria.
Haciendo referencia adicional a la figura 6, se describe el principio de un cortocircuito interno por los terminales 210, 220 metálicos. En la etapa de prueba de cortocircuito interno, cuando se hace un contacto entre el otro extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, se forma un canal de movimiento directo de electrones (e-) entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, como se indica con la flecha de puntos, y como resultado, se simula una situación de cortocircuito interno de la célula 101' unitaria. En particular, este caso simula el cortocircuito S<d>interno (véase la figura 3) entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo.
Las figuras 7A a 7D son vistas en sección transversal a lo largo de la dirección longitudinal del terminal metálico del mismo modo que la figura 6, que muestra la implementación según el tipo de cortocircuito interno.
La figura 7A muestra una célula unitaria que incluye el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo para simular el cortocircuito S<a>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo y el colector 122 de corriente de electrodo negativo, la figura 7B muestra una célula unitaria para el cortocircuito S<b>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo, la figura 7C muestra una célula unitaria para el cortocircuito S<e>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y la figura 7D muestra una célula unitaria para el cortocircuito S<d>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo como se ha descrito anteriormente en la figura 6.
En las figuras 7A y 7B, un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo está dispuesto en el colector 112 de corriente de electrodo positivo, y particularmente, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo colocado en esta ubicación se denomina primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo. En las figuras 7C y 7D, un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo está dispuesto en la capa 114 de material activo de electrodo positivo, y en particular, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo colocado en esta ubicación se denomina segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo. En las figuras 7A y 7C, un extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo está dispuesto en el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y particularmente, el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo colocado en esta ubicación se denomina primer terminal 221 metálico de lado del electrodo negativo. En las figuras 7B y 7D, un extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo está dispuesto en la capa 124 de material activo de electrodo negativo, y en particular, el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo colocado en esta ubicación se denomina segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo.
Como se ha descrito anteriormente, el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo puede ser al menos uno del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y del segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo, y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo puede ser al menos uno del primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo y del segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo. Cuando la célula unitaria incluye cualquiera del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y el segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo y cualquiera del primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo y el segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, puede producirse un tipo deseado de cortocircuito interno a través de la combinación de terminales metálicos.
Como se ha descrito anteriormente, la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación varía en la resistencia al cortocircuito interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo, el colector 112 de corriente de electrodo positivo-la capa 124 de material activo de electrodo negativo, la capa 114 de material activo de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y la capa 114 de material activo de electrodo positivo-la capa 124 de material activo de electrodo negativo, según el tipo y la combinación del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo.
Como en las figuras 7A a 7C, en caso de cortocircuito interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivoel colector 122 de corriente de electrodo negativo, el colector 112 de corriente de electrodo positivo-la capa 124 de material activo de electrodo negativo, y la capa 114 de material activo de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo, después de eliminar un área en cortocircuito deseada de cada colector 112, 122 de corriente de electrodo recubierto con la capa 114 de material activo de electrodo positivo o la capa 124 de material activo de electrodo negativo para exponer el colector 112 de corriente de electrodo positivo o el colector 122 de corriente de electrodo negativo, se proporcionan el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo.
Como se ha descrito anteriormente, después de la fabricación de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno que incluye el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo, puede producirse un cortocircuito interno simplemente por contacto del otro extremo de cada terminal 210, 220 metálico en la prueba de cortocircuito interno.
La figura 8 es un diagrama de circuito de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno de la figura 5 durante una prueba de cortocircuito interno.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 8 en conjunto, en un estado estable antes de que ocurra un cortocircuito interno, la tensión de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno corresponderá a una tensión E<o c v>de circuito abierto, la resistencia interna es R<0>, y la corriente es I<0>. Cuando se produce un cortocircuito interno por contacto entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, se aplica una tensión de E<cortocircuito>entre los dos terminales 210, 220 metálicos y la corriente que fluye a lo largo será I. La resistencia de cortocircuito en la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno cuando se somete al cortocircuito interno es R<isc>y la corriente de cortocircuito es I<isc>. Cuando se conecta la resistencia al otro extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al otro extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo y se mide la corriente que fluye a través de la resistencia, es posible medir I<isc>y R<isc>según el tipo de cortocircuito interno.
Preferiblemente, después de que el cortocircuito que incluye el conmutador y la resistencia se conecta al terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo en un estado apagado del conmutador, el conmutador se enciende para provocar un cortocircuito interno de la célula 101' unitaria, y se mide la corriente que fluye por el cortocircuito. En caso de contacto directo entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo sin manipulación del conmutador, en casos graves puede producirse una descarga de chispa dependiendo del estado de carga de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno.
Encender el conmutador corresponde a una manipulación mecánica exterior, no interior, que provoca un cortocircuito en la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, por lo que puede parecer un cortocircuito externo, pero el cortocircuito es un cortocircuito interno que es diferente de un cortocircuito externo. Es decir, aunque el método para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación provoca un cortocircuito por manipulación fuera de la batería secundaria, obsérvese que el cortocircuito es un cortocircuito interno que es diferente de un cortocircuito externo.
Simplemente viendo los circuitos, un cortocircuito externo y un cortocircuito interno pueden ser lo mismo, pero debido a que la batería secundaria incluye el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo conectados al colector 112 de corriente de electrodo positivo y al colector 122 de corriente de electrodo negativo, en el caso de que la batería secundaria incluya una pluralidad de células unitarias, al formar circuitos para todas las células unitarias, hay una diferencia de circuito entre un cortocircuito externo y un cortocircuito interno.
La figura 9 es un diagrama de circuito que ilustra una comparación entre un cortocircuito externo y un cortocircuito interno, y su diferencia se muestra claramente en la figura 9.
(a) de la figura 9 muestra un cortocircuito externo, y (b) muestra un cortocircuito interno, en el caso de una pluralidad de células unitarias. En la presente divulgación, se produce un cortocircuito interno por manipulación fuera de la batería secundaria, como se muestra en (b). En (a) y (b) de la figura 9, las ubicaciones reales de ocurrencia de los cortocircuitos se indican con el símbolo de referencia P, y son diferentes entre sí. Como se muestra, el cortocircuito interno en la presente divulgación es diferente del cortocircuito externo. Además, el cortocircuito externo provoca la descarga instantánea de toda la batería secundaria, y es imposible simular un cortocircuito local en la célula unitaria como en la presente divulgación.
La figura 10 muestra un aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria utilizado para realizar más adecuadamente el método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la presente divulgación.
Haciendo referencia a la figura 10, el aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria incluye una cámara 310 antiexplosión, un cortocircuito 320, un aparato 330 de medición de corriente y un controlador 340. Además, el aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria puede incluir además un dispositivo de formación de imágenes (no mostrado) para probar la situación de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno antes y después del cortocircuito interno.
La cámara 310 antiexplosión carga la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno en el espacio interno. La cámara 310 antiexplosión puede ser una cámara de muestreo con una puerta de seguridad. La cámara 310 antiexplosión se proporciona para aislar el interior del exterior, con el fin de proteger al operario y los alrededores en caso de incendio o explosión en la batería secundaria. Cuando la batería secundaria explota o produce gas tóxico debido a la prueba de cortocircuito interno de la batería secundaria en la cámara 310 antiexplosión, la cámara 310 antiexplosión se cierra preferiblemente para evitar la fuga de gas tóxico. Pueden proporcionarse elementos para la liberación y purificación de gas tóxico. Puede proporcionarse una ventana para observar la parte interior, o toda o parte de la cámara 310 antiexplosión puede ser transparente. Teniendo en cuenta el tamaño ocupado del aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria, puede diseñarse el tamaño de la cámara 310 antiexplosión.
El cortocircuito 320 está configurado para conectarse al terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, e incluye un conmutador 322 y una resistencia 324. El conmutador 322 se utiliza para abrir y cerrar el cortocircuito 320, y está configurado para abrirse y cerrarse en momentos arbitrarios. En particular, preferiblemente, el conmutador puede soportar y hacer fluir la corriente que fluye durante la prueba de cortocircuito, encenderse/apagarse de manera escalonada al pasar de apagado (abierto) a encendido (cerrado), reducir el ruido y tener buenas características de conmutación.
La resistencia 324 puede soportar y hacer fluir la corriente que fluye durante la prueba de cortocircuito, y generalmente puede utilizar una resistencia en derivación. La resistencia 324 puede ajustarse a distintos valores. El aparato 330 de medición de corriente mide la corriente I que circula por el cortocircuito 320.
El controlador 340 controla el encendido/apagado del conmutador 322. Además, el conmutador 322 está apagado en condiciones normales, incluso cuando se conecta el cortocircuito 320 a la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, y el conmutador 322 puede cambiarse de abierto a cerrado o de cerrado a abierto mediante el control del controlador 340 o control manual.
Preferiblemente, el aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria incluye además una fuente 350 de alimentación y una carga 360. La fuente 350 de alimentación o la carga 360 pueden conectarse entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. El aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria puede incluir además un aparato 370 de medición de tensión para medir la tensión V entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo.
Mientras tanto, el aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria puede incluir además una unidad de control apropiada (no mostrada) para operar la fuente 350 de alimentación, la carga 360 y los aparatos 330, 370 de medición de forma conveniente y eficaz, por separado o integrados para cada componente. Por ejemplo, el controlador 340 puede ser responsable de todas estas funciones. El controlador 340 es generalmente un ordenador, e incluye software que los opera y controla, y está configurado para establecer y memorizar varios valores de datos. El aparato 300 para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria puede incluir además diversos dispositivos de interfaz, por ejemplo, medios de visualización como un monitor, medios de entrada de usuario como un teclado. Pueden implementarse utilizando productos comerciales, y por ejemplo, es posible comprobar la información asociada con la situación actual de la prueba y la cantidad de la prueba a través del monitor, y los aparatos 330, 370 de medición pueden transmitir el valor del resultado de la medición al controlador 340 para emitir el valor del resultado de la medición al monitor. El controlador 340 puede proporcionarse en forma de un controlador de medidor en el que se incorpore la función de los aparatos 330, 370 de medición. En este caso, el controlador de medidor preferiblemente evalúa el estado de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno durante la prueba de cortocircuito interno, y preferiblemente, puede estar configurado para medir cantidades físicas como corriente y tensión, así como para controlar la conmutación del conmutador 322. El controlador de medidor no está limitado a un dispositivo como hardware, y puede ser una combinación de dispositivos. Por ejemplo, el controlador de medidor puede ser un dispositivo general multicanal de medición de corriente/tensión utilizado en la prueba de carga/descarga de la batería secundaria. En este caso, el aparato 330 de medición de corriente puede medir a través de un canal, y el aparato 370 de medición de tensión puede medir a través de otro canal.
El método para evaluar un cortocircuito interno utilizando el aparato 300 para evaluar un cortocircuito interno de una batería secundaria incluye los siguientes métodos a modo de ejemplo, pero la presente divulgación no se limita a ellos.
Primer método
La batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se carga en la cámara 310 antiexplosión.
Posteriormente, simplemente se establece un contacto entre el otro extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo para provocar un cortocircuito interno y, en ese momento, se observa el estado de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito.
Segundo método
En otro ejemplo, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se carga en la cámara 310 antiexplosión, y el cortocircuito 320 se conecta al otro extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al otro extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo. En este caso, el cortocircuito 320 está conectado al terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo en un estado apagado del conmutador 322. Posteriormente, el conmutador 322 se enciende para provocar un cortocircuito interno en la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, y la corriente que fluye en el cortocircuito 320 se mide por el aparato 330 de medición de corriente.
Tercer método
En todavía otro ejemplo, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se carga en la cámara 310 antiexplosión, y como se mencionó anteriormente, el cortocircuito 320 está conectado. Además, el aparato 370 de medición de tensión está conectado para medir la tensión entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo.
Cuando se produce un cortocircuito interno al encender el conmutador 322 del cortocircuito 320, el aparato 370 de medición de tensión mide la tensión (correspondiente a la tensión total de la célula que se mide habitualmente) entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo. El aparato 330 de medición de corriente mide la corriente que fluye en el cortocircuito 320.
Cuarto método
En todavía otro ejemplo, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se carga en la cámara 310 antiexplosión, y como se mencionó anteriormente, el cortocircuito 320 está conectado. Adicionalmente, el aparato 370 de medición de tensión está conectado para medir la tensión entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo. La fuente 350 de alimentación o la carga 360 también está conectada entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo.
Cuando la fuente 350 de alimentación está conectada, la prueba de cortocircuito interno puede realizarse encendiendo el conmutador 322 del cortocircuito 320 mientras se carga la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. La corriente que fluye en el cortocircuito 320 se mide por el aparato 330 de medición de corriente, y la tensión entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo se mide por el aparato 370 de medición de tensión.
Cuando la carga 360 está conectada, la prueba de cortocircuito interno puede realizarse encendiendo el conmutador 322 del cortocircuito 320 mientras se descarga la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. La corriente que fluye en el cortocircuito 320 se mide por el aparato 330 de medición de corriente, y la tensión entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo se mide por el aparato 370 de medición de tensión.
La prueba de cortocircuito interno comprueba si la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno explotó o se disparó. Después de la prueba, cuando la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno se estabiliza, se saca de la cámara 310 antiexplosión y se desmonta para analizar los componentes internos. Cuando la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno no explota ni se incendia, se determina que la batería secundaria que incluye la placa 110 de electrodo positivo, la placa 120 de electrodo negativo, el separador 130 y la solución electrolítica de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno es adecuada. Cuando se proporcionan medios de interrupción de corriente para suprimir la destrucción de la batería aunque se produzca un cortocircuito interno en la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, se determina que los medios de interrupción de corriente han funcionado adecuadamente.
Por el contrario, cuando como resultado de la simulación del cortocircuito interno, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno explota o se dispara, la batería secundaria que incluye la placa 110 de electrodo positivo, la placa 120 de electrodo negativo, el separador 130 y la solución electrolítica de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno es inadecuada. Además, cuando existen medios de interrupción de corriente para suprimir la destrucción de la batería, se determina que los medios de interrupción de corriente son inadecuados. En consecuencia, se toman medidas para modificar los elementos de la batería secundaria, o cambiar la condición de diseño de los medios de interrupción de corriente si se determina necesario.
Aunque no se describen en el presente documento, será posible una variedad de aplicaciones de evaluación de seguridad en las pruebas de elementos de evaluación de la estabilidad en la etapa de diseño de baterías secundarias o después de la fabricación de baterías secundarias, y debe entenderse que si utiliza información diversa adquirida por el método para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación, se encuentra dentro del alcance de la presente divulgación.
Según una realización, una batería secundaria para probar un cortocircuito interno está configurada para probar solo un tipo de cortocircuito interno. Por ejemplo, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno descrita con referencia a las figuras 4 a 6 está configurada para simular únicamente el cortocircuito S<d>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo. Cuando cada batería secundaria que incluye cada célula unitaria como se muestra en las figuras 7A a 7D se fabrica por separado, las baterías secundarias probarán solo cada cortocircuito interno.
Según realizaciones, una batería secundaria para probar un cortocircuito interno puede configurarse para probar dos o más tipos de cortocircuitos internos. La figura 11 es una vista en perspectiva en despiece de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según otra realización de la presente divulgación, y la figura 12 es una vista en perspectiva en despiece de una batería secundaria para probar un cortocircuito interno según todavía otra realización de la presente divulgación. En las figuras 11 y 12 solo se muestra la parte de la célula unitaria, y las baterías secundarias para probar un cortocircuito interno pueden incluir además un cable 118 de electrodo positivo, un cable 128 de electrodo negativo, una cinta S de sellado y una carcasa 230 de batería como se describe con referencia a la figura 5.
Por ejemplo, como se muestra en la figura 11, la batería 200' secundaria para probar un cortocircuito interno incluye una célula 101' unitaria que incluye un primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo, un segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo, un primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo y un segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo. Es posible provocar un tipo deseado de cortocircuito interno en una batería 200' secundaria para probar un cortocircuito interno mediante una combinación adecuada de los terminales metálicos. Por ejemplo, cuando se establece un contacto entre el otro extremo del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo, puede utilizarse para simular el cortocircuito S<a>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y cuando se establece un contacto entre el otro extremo del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, puede utilizarse para simular el cortocircuito SB interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo y la capa 124 de material activo de electrodo negativo. Del mismo modo, cuando se establece un contacto entre el otro extremo del segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo, puede simularse el cortocircuito S<c>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo, y cuando se establece un contacto entre el otro extremo del segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, puede simularse el cortocircuito S<d>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo-la capa 124 de material activo de electrodo negativo.
Además, como se muestra en la figura 12, la batería 200” secundaria para probar un cortocircuito interno incluye dos tipos de células 101', 101” unitarias. Un separador apropiado (no mostrado) puede ser interpuesto entre las dos células 101', 101” unitarias. Como se describe en la figura 6, cuando una célula 101' unitaria incluye el segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo y el segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, y la otra célula 101” unitaria incluye el primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y el primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo, es posible utilizar la célula 101' unitaria para simular el cortocircuito S<d>interno entre la capa 114 de material activo de electrodo positivo-la capa 124 de material activo de electrodo negativo mediante el contacto entre el otro extremo del segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, y utilizar la célula 101” unitaria para simular el cortocircuito S<a>interno entre el colector 112 de corriente de electrodo positivo-el colector 122 de corriente de electrodo negativo por contacto entre el otro extremo del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo. Por supuesto, otra configuración que incluye un ejemplo de formación de terminal metálico no descrito en el presente documento se entenderá a partir de la descripción de la presente divulgación.
Cuando la batería secundaria para probar un cortocircuito interno incluye todos del primer terminal 211 metálico del lado del electrodo positivo, el segundo terminal 212 metálico del lado del electrodo positivo, el primer terminal 221 metálico del lado del electrodo negativo y el segundo terminal 222 metálico del lado del electrodo negativo, será muy deseable formar los terminales distinguibles a simple vista como se ha descrito anteriormente, para facilitar la selección de un par de combinación de terminales deseado.
Al comparar la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación con el dispositivo 1 ISC convencional mostrado en la figura 1, la presente divulgación tiene las siguientes ventajas.
Existe una diferencia entre el dispositivo 1 ISC y la presente divulgación, en donde los terminales 210, 220 metálicos correspondientes al disco 10 de cobre y al disco 40 de aluminio del dispositivo 1 ISC están dispuestos fuera de la batería secundaria, y no existe una capa de cera correspondiente a la capa 30 de cera del dispositivo 1 ISC. En la presente divulgación, un metal (un metal de conmutador de cortocircuito) que puede causar un cortocircuito tiene el otro extremo extendiéndose fuera de la batería secundaria, y por tanto es posible controlar un momento de cortocircuito interno preciso. En el caso del dispositivo 1 ISC convencional, solo es posible realizar un experimento en condiciones de alta temperatura en donde la capa 30 de cera se funde, pero la presente divulgación no tiene limitación de temperatura.
Además, en el caso del dispositivo 1 ISC convencional, una vez que se produce un cortocircuito, es difícil reutilizar la batería secundaria que incluye el dispositivo 1 ISC, y es difícil provocar un cortocircuito interno después de los ciclos. Por el contrario, según la presente divulgación, después de fabricar la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, se provoca un cortocircuito y, por tanto, puede realizarse una prueba de cortocircuito interno después de degradar intencionadamente la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. Según la presente divulgación, es posible analizar una diferencia de seguridad entre cada célula unitaria después de que se produzca un cortocircuito interno en una batería secundaria inmediatamente después de su fabricación (una batería secundaria que incluye una célula unitaria denominada nueva) y una batería secundaria después de ciclos (una batería secundaria que incluye una célula unitaria degradada). Por ejemplo, es posible analizar una diferencia de cortocircuito interno entre una célula unitaria en estado de vida útil inicial (BOL) y una célula unitaria en estado de vida útil final (EOL), y esto es muy importante porque el dispositivo 1 ISC no puede hacerlo.
Como se describe con referencia a la figura 2, el dispositivo 1 ISC convencional se inserta en el orificio H formado en el separador 130 de la batería secundaria, causando daños en el separador 130. Además, en las etapas de fabricación de la batería secundaria, cuando el montaje se realiza en presencia del dispositivo 1 ISC, la capa 30 de cera se funde en procesos como laminación y envejecimiento a alta temperatura, y por esta razón, el desmontaje de la batería secundaria fabricada se realiza antes de la inserción. Por el contrario, la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno según la presente divulgación evita daños en el separador 130, y se fabrica siguiendo las etapas generales de fabricación de baterías secundarias solo con una adición del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo. La estructura para provocar un cortocircuito interno se implementa in situ desde la etapa de fabricación de baterías secundarias.
En lo sucesivo, la presente divulgación se describirá con más detalle a través del ejemplo experimental de la presente divulgación. Sin embargo, el siguiente ejemplo experimental se proporciona para una fácil comprensión de la presente divulgación, y la presente divulgación no se limita al siguiente ejemplo experimental.
La figura 13 es una imagen fotográfica de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según el ejemplo experimental de la presente divulgación, y (a) a (d) de la figura 13 muestran imágenes fotográficas de la parte interna en orden inverso de desmontaje de la batería secundaria completa para probar un cortocircuito interno para mostrar el proceso de apilamiento en cada etapa del proceso de fabricación, y (e) de la figura 13 es una imagen fotográfica del proceso completo.
Describiendo el estado completo con referencia a (e) de la figura 13 en primer lugar, el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo están expuestos en un lado de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, y el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo están expuestos en el otro lado en donde el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo no están formados.
En la figura 13, (a) se muestra un extremo del terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo colocado en la placa 120 de electrodo negativo. (b) muestra un extremo del terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo colocado en el separador 130. Un extremo de cada terminal 210, 220 metálico está alineado dentro de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. (c) muestra la placa 110 de electrodo positivo colocada en el mismo. (d) muestra un separador 130' adicional incluido en el mismo. En la imagen fotográfica, el color amarillo indica un tratamiento de aislamiento. El tratamiento de aislamiento se realiza en partes de cada terminal 210, 220 metálico que no están en contacto directo con cada placa 110, 120 de electrodo dentro de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno.
La figura 14 es una imagen fotográfica de un dispositivo de cortocircuito utilizado en el ejemplo experimental de la presente divulgación. Para experimentos sencillos, el cortocircuito (320 en la figura 10) que incluye el conmutador (322 en la figura 10) y la resistencia (324 en la figura 10) se implementa en una placa 326 de pruebas. Como es bien sabido, una placa de pruebas se utiliza para hacer una muestra (generalmente, temporal) de un circuito electrónico, y es un dispositivo reutilizable sin soldadura. Una placa de pruebas general tiene tiras de un terminal eléctrico de conexión interna, conocido como tira de bus, y las tiras se insertan en uno o dos lados de la placa de pruebas con el fin de ampliar la línea de alimentación como partes de un dispositivo principal o un bloque aislado. La placa 326 de pruebas utilizada en el ejemplo experimental es un bloque perforado de plástico que tiene un clip de resorte debajo de un orificio. Se insertan circuitos integrados en paquetes en línea duales (DIP) a horcajadas sobre la línea central del bloque. Para completar la fase del circuito, se insertan en el orificio de la placa 326 de pruebas una resistencia 324 tipo pin R<carga>, un conmutador 322 tipo pin y un cable de conexión interior.
El dispositivo 329 de cortocircuito incluye la placa 326 de pruebas que tiene un terminal 328 de detección que está conectado al terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y al terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno para medir la tensión. Se conecta a la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno para realizar una prueba de cortocircuito interno. La resistencia 324 puede cambiarse a 90mS2, 50mQ, 35mQ para ajustar la resistencia del cortocircuito 320 a un valor deseado. El conmutador 322 se enciende mediante manipulación manual para provocar un cortocircuito y se apaga mediante manipulación manual para abrirse.
La figura 15 es un diagrama que muestra la conexión entre la batería secundaria para probar un cortocircuito interno y el dispositivo de cortocircuito según el ejemplo experimental de la presente divulgación.
Como se muestra, el dispositivo 329 de cortocircuito está conectado a la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno en un estado apagado del conmutador 322. Se conecta un dispositivo de medición de corriente/tensión multicanal general utilizado en la prueba de carga/descarga de la batería secundaria, y se mide la tensión (tensión de célula completa) entre el cable 118 de electrodo positivo y el cable 128 de electrodo negativo de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno en el canal 1 (C1. V<oélula completa>). La tensión entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo se mide en el canal 2 que es diferente del canal 1 (C2. V<carga>).
La figura 16 muestra una caída de tensión de célula completa medida por la prueba de cortocircuito interno en el ejemplo experimental de la presente divulgación.
La figura 16 muestra la tensión de célula completa medida inmediatamente después de encender el conmutador 322 en el estado de conexión mostrado en la figura 15 (con R<carga>). Para comparación, se muestra también el valor medido en ausencia de la resistencia 324 del dispositivo 329 de cortocircuito (sin R<carga>). Como se muestra en la figura 16, se observa una caída de tensión en el tiempo inmediatamente después de que se hace contacto entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo (tiempo 0 seg) al encender el conmutador 322. La caída de tensión significa la descarga de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno, y esto indica el hecho de que se ha producido un cortocircuito interno. Puede observarse que es posible detectar una diferencia entre la presencia de la resistencia 324 y la ausencia de la resistencia. Puede observarse a partir de la caída de tensión de célula completa observada que, según la presente divulgación, se produce un cortocircuito interno simplemente por contacto entre el terminal 210 metálico del lado del electrodo positivo y el terminal 220 metálico del lado del electrodo negativo fuera de la batería 200 secundaria para probar un cortocircuito interno. Puede observarse que existe una diferencia de caída de tensión entre la presencia y la ausencia de la resistencia 324, y por tanto es posible medir la corriente de cortocircuito y la resistencia de cortocircuito según el tipo de cortocircuito interno, midiendo la corriente que fluye a través de la resistencia 324.
La figura 17 es un gráfico que muestra cambios en la corriente de cortocircuito medida por una prueba de cortocircuito interno realizada en dos baterías secundarias para probar un cortocircuito interno que tienen diferentes capas de material activo de electrodo positivo según el ejemplo experimental de la presente divulgación.
Para provocar un cortocircuito interno en baterías secundarias para probar un cortocircuito interno que tienen dos tipos de electrodos positivos, una batería secundaria incluye la capa de material activo de electrodo positivo formada usando un material activo A y la otra batería secundaria incluye la capa de material activo de electrodo positivo formada usando un material activo B que es diferente del material activo A, y excepto esta diferencia, las dos baterías secundarias para probar un cortocircuito interno están fabricadas de igual manera. Posteriormente, se realiza una prueba de cortocircuito interno haciendo una conexión como se muestra en la figura 15, y se mide la corriente a través de la resistencia 324.
Como consecuencia, con referencia a la figura 17, la corriente de cortocircuito en la batería secundaria para probar un cortocircuito interno utilizando el material activo A y la batería secundaria para probar un cortocircuito interno utilizando el material activo B se mide de forma diferente, y es posible adquirir información sobre cómo de diferentes son las corrientes de cortocircuito dependiendo del tipo de material activo. Es decir, puede observarse que según la presente divulgación, es posible medir por separado aspectos de cortocircuito interno que son diferentes dependiendo del tipo de capa de material activo de electrodo positivo. Como se ha descrito anteriormente, la presente divulgación puede medir una diferencia de corriente de cortocircuito provocada por una diferencia de cortocircuito interno resultante de un cambio en la capa de material activo, y por tanto, puede utilizarse para determinar un cortocircuito interno del diseño de batería secundaria.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una batería secundaria para probar un cortocircuito interno, que comprende:
al menos una célula (101, 101') unitaria que comprende:
una placa (110) de electrodo positivo que incluye un colector (112) de corriente de electrodo positivo y una capa (114) de material activo de electrodo positivo;
una placa (120) de electrodo negativo que incluye un colector (122) de corriente de electrodo negativo y una capa (124) de material activo de electrodo negativo; y
un separador (130) interpuesto entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo,
en la que la al menos una célula unitaria comprende:
un terminal (210) metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto entre la placa de electrodo positivo y el separador y el otro extremo extendiéndose fuera de la célula unitaria; y
un terminal (220) metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto entre la placa de electrodo negativo y el separador y el otro extremo extendiéndose fuera de la célula unitaria, y
en la que la batería secundaria está configurada para provocar un cortocircuito interno en la célula unitaria por contacto entre el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo negativo,caracterizado por quela batería secundaria comprende además: una lengüeta (116) de electrodo positivo formada en la placa de electrodo positivo y un cable (118) de electrodo positivo que tiene un extremo conectado a la lengüeta de electrodo positivo;
una lengüeta (126) de electrodo negativo formada en la placa de electrodo negativo y un cable (128) de electrodo negativo que tiene un extremo conectado a la lengüeta de electrodo negativo; y
una carcasa (230) de batería de tipo bolsa que está sellada con la célula unitaria y una solución electrolítica recibida en la misma, y
en la que el otro extremo del cable de electrodo positivo, el cable de electrodo negativo, el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están expuestos desde la carcasa de batería,
en la que el terminal metálico del lado del electrodo positivo es al menos uno de un primer terminal (211) metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo positivo y un segundo terminal (212) metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo positivo, y el terminal metálico del lado del electrodo negativo es al menos uno de un primer terminal (221) metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo negativo y un segundo terminal (222) metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo negativo.
2. La batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la reivindicación 1, en la que la batería secundaria comprende una pluralidad de células unitarias, y solo una de las células unitarias comprende el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo.
3. La batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la reivindicación 1, en la que la batería secundaria comprende una pluralidad de células unitarias, y una de las células unitarias comprende cualquiera del primer terminal metálico del lado del electrodo positivo y el segundo terminal metálico del lado del electrodo positivo, y cualquiera del primer terminal metálico del lado del electrodo negativo y del segundo terminal metálico del lado del electrodo negativo, y otra célula unitaria comprende el otro del primer terminal metálico del lado del electrodo positivo y el segundo terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro del primer terminal metálico del lado del electrodo negativo y del segundo terminal metálico del lado del electrodo negativo.
4. La batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la reivindicación 1, en la que un extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están alineados en una misma ubicación en una dirección vertical dentro de la célula unitaria, y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están separados en una dirección horizontal fuera de la célula unitaria.
5. La batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la reivindicación 4, en la que el terminal metálico del lado del electrodo positivo y el terminal metálico del lado del electrodo negativo están doblados en un plano.
6. Un método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria, siendo la batería secundaria según la reivindicación 1, comprendiendo el método:
(a) en cualquier célula unitaria, formar un terminal metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto entre la placa de electrodo positivo y el separador y el otro extremo extendiéndose fuera de la célula unitaria;
(b) en la célula unitaria que tiene el terminal metálico del lado del electrodo positivo, formar un terminal metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto entre la placa de electrodo negativo y el separador y el otro extremo extendiéndose fuera de la célula unitaria; y
(c) provocar un cortocircuito interno en la célula unitaria por contacto entre el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo positivo y el otro extremo del terminal metálico del lado del electrodo negativo,
en el que el método comprende además medir la tensión entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo mientras se provoca el cortocircuito interno en la etapa (c),
en el que la etapa (c) se realiza mientras la batería secundaria se carga conectando una fuente de alimentación entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo o mientras la batería secundaria se descarga conectando una carga entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo.
7. El método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la reivindicación 6, en el que la etapa (c) comprende:
conectar un cortocircuito (320) que incluye un conmutador (322) y una resistencia (324) al terminal metálico del lado del electrodo positivo y al terminal metálico del lado del electrodo negativo en un estado apagado del conmutador; y encender el conmutador para provocar un cortocircuito interno en la célula unitaria y medir una corriente que fluye en el cortocircuito.
8. El método para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la reivindicación 7, en el que el terminal metálico del lado del electrodo positivo es al menos uno de un primer terminal metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo positivo y un segundo terminal metálico del lado del electrodo positivo que tiene un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo positivo, y el terminal metálico del lado del electrodo negativo es al menos uno de un primer terminal metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto en el colector de corriente de electrodo negativo y un segundo terminal metálico del lado del electrodo negativo que tiene un extremo dispuesto en la capa de material activo de electrodo negativo.
9. Un aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria, que comprende:
una cámara (310) antiexplosión, la batería secundaria para probar un cortocircuito interno según la reivindicación 1, en el que la cámara antiexplosión está configurada para cargar la batería secundaria;
un cortocircuito (320) configurado para conectarse al terminal metálico del lado del electrodo positivo y al terminal metálico del lado del electrodo negativo de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno, comprendiendo el cortocircuito un conmutador y una resistencia;
un aparato (330) de medición de corriente configurado para medir una corriente que fluye en el cortocircuito; y un controlador (340) configurado para controlar el encendido y apagado del conmutador.
10. El aparato para probar un cortocircuito interno de una batería secundaria según la reivindicación 9, que comprende además;
una fuente de alimentación o una carga (210) configurada para conectarse entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo de la batería secundaria para probar un cortocircuito interno; y
un aparato (370) de medición de tensión configurado para medir la tensión entre el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo.
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