CN101685031A

CN101685031A - 一种测量锂电池内部气体量的方法

Info

Publication number: CN101685031A
Application number: CN200810216538A
Authority: CN
Inventors: 邢海霞; 渠冰; 陈洪亮; 边玉珍; 邓丙琪
Original assignee: Shanghai BYD Co Ltd
Current assignee: Shanghai BYD Co Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: CN101685031B

Abstract

本发明提供了一种测量锂电池内部气体量的方法，所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：A.测试样本电池，对样本电池充气并测试其内部压力，测试所述样本电池的厚度，再测试出所述样本电池的体积，通过计算得出待测电池气体量－厚度关系方程式；B.测试待测电池，测试待测电池的厚度，根据步骤A得出的待测电池气体量－厚度关系方程式计算得出待测电池内部气体量。使用本发明提供的方法测试锂电池内部气体量简便、快捷，且不破坏电池体系，不影响电池进行下一步的研究。

Description

一种测量锂电池内部气体量的方法

技术领域

本发明涉及一种测量锂电池性能的方法，具体涉及一种测量锂电池内部气体量的方法。

背景技术

目前，以锂离子电池为代表的二次电池属于高能量密度的新型电池，日益成为手机、移动DVD、掌上电脑等通讯产品上重要的必不可少的电源配件。市场上的锂离子电池的外壳一般为圆柱形或方形结构，壳体一般为铝的或者钢的金属片材所形成。

锂离子电池的外面由壳体对之加以定形和保护，其核心是由干燥的电极芯体与电解液相互作用而成。无论是在锂离子电池的生产制造还是后续的使用过程中，伴随一系列电化学反应会产生大量的气体。产生的气体量受正、负极材料、电解液量及其种类、化成工艺条件、使用条件等影响。

电池在制造和使用过程中的产气量的测定有利于电池正负极材料的选择，有利于了解电解液的品质，而且产生的气体量对电池的容量、循环寿命及安全性能有着非常显著的影响，因此测量电池在制造和使用过程中的产气量无论对于电池设计、研发、改进，还是对于电池生产过程的监控，都有着非常重要的意义。但是由于存在如下主要困难：电池内部产生的气体会引起电池外壳膨胀和电解液泄露，气体产生量受外界影响大，产生的气体难收集，收集的气体难计量等，导致电池内部产气量的检测一直是锂离子电池研究、生产和使用过程中的难点。

发明内容

本发明的目的在于解决锂电池内部气体量测量困难，提供了一种便捷测量锂电池内部气体量的方法。

本发明的技术方案是一种测量锂电池内部气体量的方法，

所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：

A.测试样本电池，对样本电池充气并测试其内部压力，测试所述样本电池的厚度，再测试出所述样本电池的体积，通过计算得出待测电池气体量-厚度关系方程式；

B.测试待测电池，测试待测电池的厚度，根据步骤A得出的待测电池气体量-厚度关系方程式计算得出待测电池内部气体量。

本发明所述的测量锂电池内部气体量的方法优点在于：

1.通过测量电池厚度这一直观参数，即可获得电池内部产气量的数值，该方法快捷、简便。

2.本发明提供的方法获得电池内部产气量的同时不破坏电池体系，不影响电池进行下一步的研究。

附图说明

图1为本发明提供的一种测量锂电池内部压力及厚度的测量装置的示意图。

图2为本发明提供的一种测量锂电池体积装置的示意图。

图3为本发明提供的一种具体实施例的空壳电池厚度-压力拟合曲线示意图。

图4为本发明提供的一种具体实施例的空壳电池厚度-体积拟合曲线示意图。

图5为本发明提供的一种具体实施例的待测电池内部气体量-厚度关系曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供一种测量锂电池内部气体量的方法，所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：

所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)，所述样本电池体积-厚度关系方程为V＝V_(x)，再根据克拉珀龙方程式PV＝nRT，可计算得到待测电池气体量-厚度关系方程式为：

n＝P_(x)V_(x)/RT；

其中，P——样本电池内部压力，单位为MPa；

V——样本电池体积，单位为ml；

x——样本电池厚度，单位为mm；

n——样本电池内部气体摩尔量，单位为mol；

T——环境温度，单位为K。

所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)＝a+bx+cx²，根据步骤A中测得的样本电池内部压力及厚度数值，可以计算出方程参数a、b、c；其中，P为样本电池内部压力，x为电池厚度，a、b、c为方程参数。

所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的体积-厚度关系方程为V＝V_(x)＝d+ex+fx²，根据步骤A中测得的样本电池体积及厚度数值，可以计算出方程参数d、e、f；其中，V为电池体积，x为样本电池厚度，d、e、f为方程参数。

本发明提供的方法优选如下步骤测量完成，

所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：

A.测试样本电池，所述样本电池为空壳电池，另外再测试或根据工艺参数得到待测电池电芯、电解液的体积，通过计算得出待测电池厚度-气体量关系方程；

B.测试待测电池，所述待测电池为实体电池，测试实体电池的厚度，根据步骤A得出的待测电池气体量-厚度关系方程式计算得出实体电池内部气体量。

所述优选测试方法中，步骤A测试样本电池中，所述样本电池优选使用空壳电池。由于空壳电池不包括电芯、电解液，因此可以在空气条件下操作，同时也防止的电池内部电解液影响充气测压系统。而在步骤B测试待测电池中，所述待测电池为实体电池，所述实体电池为包括电芯和电解液的电池，可以测试或根据工艺参数得到电池电芯、电解液的体积，再测试实体电池的厚度，根据步骤A得出的厚度-气体量方程计算得出实体电池气体量，计算也方便，不影响测试结果。

所述A测试空壳电池步骤中，假设空壳电池内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)，所述空壳电池体积-厚度关系方程为V＝V_(x)，另外测试或根据工艺参数得到待测电池电芯、电解液的体积为V’，再根据克拉珀龙方程式PV＝nRT，可计算得到待测电池气体量-厚度关系方程式为：

n＝P_(x)(V_(x)-V’)/RT；

其中，P——样本电池内部压力，单位为MPa；

V——样本电池体积，单位为ml；

V’——待测电池电芯、电解液的体积，单位为ml；

x——样本电池厚度，单位为mm；

n——样本电池内部气体摩尔量，单位为mol；

T——环境温度，单位为K。

所述A测试样本电池步骤中，所述样本电池的内部压力、厚度、体积测量至少需要测量三次。

所述A测试样本电池步骤中，将通过至少三次测试空壳电池的内部压力、厚度、体积得到的数值，分别做样本电池内部压力-厚度关系、体积-厚度关系拟合曲线，得到样本电池内部压力-厚度关系方程式和体积-厚度关系方程式，计算获得待测电池气体量-厚度关系方程。

通过排液法测试所述样本电池体积，优选排水法。

本发明所述方法中，电池厚度的测试可以使用测厚仪、游标卡尺等普通精密测试仪器完成。

本发明所述方法中，电池的内部压力可以是采用一种充气测压系统完成，该系统由充气装置、压力传感器组成。所述充气测压系统与电池内部连通，给电池充气，并测试电池内部压力。

本发明提供的测试方法中，只要针对一种型号的电池测试出其样本电池的气体量-厚度关系方程式，便可作为标准，长期用于检测。也就是说每种型号的电池都会对应一个电池气体量-厚度的关系方程式。

实施例

(a).空壳电池内部压力测量：

首先选取5个LP053450方形电池空壳，其焊接带有充气孔的特制盖板。如图1，取一只空壳电池3采用充气测压系统2(上海申智生产，SWP-LCD8101/T20X型数字式压力计)对其进行充气，电池壳会发生膨胀，同时记录下电池壳内部压力，及使用测厚仪1测试记录相应的空壳电池厚度的数值。调节气流量，并记录下一系列压力-厚度数值(至少三组数据)。将所测的若干组数值在绘图软件中进行拟合，得出LP053450方形空壳电池内部压力-厚度的关系拟合曲线和方程式。空壳电池内部压力-厚度拟合曲线见说明书附图图3。

该空壳电池内部压力-厚度关系方程式为：

P＝0.03439-0.00759X+0.00405X²，

其中，P为空壳电池内部压力，单位为MPa；

X为空壳电池厚度，单位mm。

(b).空壳电池体积的测量：

选取5个LP053450方形电池壳，焊接盖板，采用(a)步的方法对空电池壳进行充气，然后密封电池壳的充气孔。如图2，采用排水法测量空壳电池体积，同时使用测厚仪1测试记录其厚度。将所测得的空壳电池的5组厚度、体积数值在绘图软件中进行拟合的，得出LP053450方形电池体积-厚度关系拟合曲线和方程式。空壳电池体积-厚度拟合曲线见说明书附图图4。

该电池体积-厚度关系方程式为：

V＝-0.12247+1.76934X-0.06243X²，

其中，V为空壳电池体积，单位ml；

X为空壳电池厚度，单位mm。

另外针对LP053450型号的实体电池(指包含电芯和电解液的电池)，根据工艺设计参数计算出电池电芯的体积、电解液体积为6.168ml。

再根据本发明具体实施方式中提供的计算方法，得到实施例的待测电池的气体量-厚度关系方程式为：

n＝8.727*10^-5+4.381*10^-5*X-1.656*10^-5*X²+3.082*10^-6*X³+1.0198*10^-7*X⁴

其中，X——厚度，单位mm；

n——气体摩尔量，单位mol；

(c).实体电池内部气体量测试

选取5个LP053450型号的待测实体电池，实际测量的待测电池厚度，然后根据上述得到的LP053450方形待测电池气体量-厚度关系方程式，计算即可得到此时内部气体量的数值。该待测实体电池内部气体量测试结果见下表1。

表1实体电池内部气体量测试结果

电池编号	厚度/mm	电池内部气体量/mol	大气压下气体体积/ml
电池编号	厚度/mm	电池内部气体量/mol	大气压下气体体积/ml	1	6.368	0.000148	3.626
2	6.45	0.000157	3.835	1	6.368	0.000148	3.626
2	6.45	0.000157	3.835	3	6.68	0.000182	4.45
4	7.868	0.000342	8.377	3	6.68	0.000182	4.45
4	7.868	0.000342	8.377	5	9.468	0.000639	15.633

注：表1中，大气压指压力0.101325MPa，温度298.15K

从表1中可以看出，只要测得同种电池型号的锂电池厚度，就可以根据本发明提供的测试方法得出电池内部气体量的数值，测试快捷，简便；同时又不会破坏电池体系，便于电池进一步研究。

Claims

1.一种测量锂电池内部气体量的方法，其特征在于，

所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)，所述样本电池体积-厚度关系方程为V＝V_(x)，再根据克拉珀龙方程式PV＝nRT，可计算得到待测电池气体量-厚度关系方程式为：

n＝P_(x)V_(x)/RT；

其中，P——样本电池内部压力，单位为MPa；

V——样本电池体积，单位为ml；

x——样本电池厚度，单位为mm；

n——样本电池内部气体摩尔量，单位为mol；

T——环境温度，单位为K。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)＝a+bx+cx²，根据步骤A中测得的样本电池内部压力及厚度数值，可以计算出方程参数a、b、c；其中，P为样本电池内部压力，x为电池厚度，a、b、c为方程参数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述A测试样本电池步骤中，假设样本电池的体积-厚度关系方程为V＝V_(x)＝d+ex+fx²，根据步骤A中测得的样本电池体积及厚度数值，可以计算出方程参数d、e、f；其中，V为电池体积，x为样本电池厚度，d、e、f为方程参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括针对一种电池型号，做如下测试：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述A测试空壳电池步骤中，假设空壳电池内部压力-厚度关系方程为P＝P_(x)，所述空壳电池体积-厚度关系方程为V＝V_(x)，另外测试或根据工艺参数得到待测电池电芯、电解液的体积为V’，再根据克拉珀龙方程式PV＝nRT，可计算得到待测电池气体量-厚度关系方程式为：

n＝P_(x)(V_(x)-V’)/RT；

其中，P——样本电池内部压力，单位为MPa；

V——样本电池体积，单位为ml；

V’——待测电池电芯、电解液的体积，单位为ml；

x——样本电池厚度，单位为mm；

n——样本电池内部气体摩尔量，单位为mol；

T——环境温度，单位为K。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过排液法测试所述样本电池体积。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A测试样本电池步骤中，所述样本电池的内部压力、厚度、体积测量至少需要测量三次。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述A测试样本电池步骤中，将通过至少三次测试空壳电池的内部压力、厚度、体积得到的数值，分别做样本电池内部压力-厚度关系、体积-厚度关系拟合曲线，得到样本电池内部压力-厚度关系方程式和体积-厚度关系方程式，计算获得待测电池气体量-厚度关系方程。