CN106154166A - 一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线检测软包装锂离子电池胀气量的装置和检测方法，所述装置包括：用于放置电池和液体介质的箱体、箱体顶盖和垂直设置在所述顶盖上的体积测量桶；所述箱体的侧壁上设有电池测试仪连接线入口、温度传感器线出口和电池排气管出口；所述电池分别通过所述电池测试仪连接线入口和温度传感器线出口与各自对应的电池测试仪和温度传感器连接；所述电池设有排气管并通过排气管出口将所述排气管与用于测量所述电池的内部压强的附加件连接。本发明提供的技术方案厘清电池胀气机理，解决了包装锂离子电池胀气的问题。

Description

一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置和检测方法

技术领域：

本发明涉及储能领域，更具体涉及一种在线检测软包装锂离子电池胀气量的装置和检测方法。

背景技术：

锂离子电池具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、环境适应性好、无记忆效应等优点，在电动汽车和新能源储能等领域有广阔的应用前景。按电池材料类型可分为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和钛酸锂等电池体系；按电池外包装又可分为金属外壳锂离子电池、塑壳锂离子电池和铝塑膜软包装锂离子电池。其中铝塑膜软包装锂离子电池包装较轻，电池的能量密度较高，生产工艺相对简单，正在成为主流包装的锂离子电池。但是软包装锂离子电池在发生副反应时容易胀气，尤其是具有储能和电动汽车应用前景的钛酸锂锂离子电池，其胀气现象尤为突出。锂离子电池一旦胀气，正负极片间的接触将不再紧密，使得电池内阻显著增加，电池的循环性能急剧下降。

对于软包装离子电池的胀气现象，现在已经引起了广泛的重视。很多研究人员开始对其进行专门的研究。其中对胀气组分分析的研究较多，研究表明软包装锂离子电池产生的气体主要包括二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷等，对于不同的电池类型，产生的气体种类有较大差异。比如钛酸锂电池产生的气体绝大多数(质量分数比)是氢气，也有少量的一氧化碳和二氧化碳；磷酸铁锂电池产生的气体主要是二氧化碳和甲烷；锰酸锂电池产生的气体主要是甲烷和一氧化碳。对于软包装锂离子电池胀气条件的研究也有较多报道，循环次数、环境温度和充放电方式对电池胀气快慢有很大的影响，电池开始产气的前100个循环电池的产气量增加迅速，随后循环次数越多，产气速率越低。研究温度对软包装锂离子电池胀气影响时发现，40℃、55℃、70℃和80℃下电池搁置或充放电，对胀气气体进行检测，发现产生气体的种类没有很大变化，说明温度对副反应的种类没有影响，但是气体产生的速率随环境温度的升高而加快。此外胀气速度、气体种类还与电池中电解液的溶剂组分、添加剂种类以及电解液添加量都有一定关系。

对于软包装锂离子电池胀气机理的研究和抑制胀气的研究相对比较少，并且对胀气机理的分析存在较大差异。有一些研究者认为电池中存在少量的水分是产气气体的主要原因，水分诱导电解液分解从而产生较多的氢气和烷烃。还有一些研究者认为电极材料中的过渡金属元素催化是加速电解液分解的主要原因。机理的不清晰，直接导致对于抑制锂离子电池胀气现象的研究目标不清晰。目前对于抑制电池胀气的研究主要手段是降低电池制作时环境湿度以及在电解液中添加特定抑制胀气添加剂。降低电池制作环境湿度将会较大提高锂离子电池制作成本，而在电解液中添加抑制胀气添加剂方法同样困难，主要是对于胀气机理研究不透彻，从而造成添加剂的选择针对性强。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在线检测软包装锂离子电池胀气量的装置和检测方法，厘清电池胀气机理，解决了包装锂离子电池胀气的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，包括：用于放置电池和液体介质的箱体、箱体顶盖和垂直设置在所述顶盖上的体积测量桶；所述箱体的侧壁上设有电池测试仪连接线入口、温度传感器线出口和电池排气管出口；所述电池分别通过所述电池测试仪连接线入口和温度传感器线出口与各自对应的电池测试仪和温度传感器连接；所述电池设有排气管并通过排气管出口将所述排气管与用于测量所述电池的内部压强的附加件连接。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，所述附加件包括四通管件；所述四通管件中一个端口与所述排气管连接；与所述端口相对的另一个端口连接压强传感器；其他两个端口分别为气体取样口和抽气口；所述抽气口上设有气体阀门。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，所述电池上设有电池测试仪连接线和温度传感器连接线；所述电池测试仪连接线分别与电池正极和负极连接。

本发明提供的另一优选的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，所述箱体与箱体顶盖之间设有密封垫；所述箱体顶盖通过螺栓与所述箱体密封。

本发明提供的再一优选的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，当所述电池放入箱体内，通过所述电池测试仪连接线入口、温度传感器线出口和电池排气管出口分别引出电池测试仪连接线、温度传感器连接线和电池排气管，将所述电池测试仪连接线入口、温度传感线出口和电池排气管出口用密封胶密封。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量在线检测装置的检测方法，包括：

将胀气的所述电池放入所述箱体中；

读取所述体积测量桶的数值；

读取所述温度传感器和压强传感器的数值；

确定所述电池胀气的物质的量。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，根据气体状态方程PV＝NRT，确定所述电池胀气的物质的量；其中，P为压强，V为体积，N为物质的量，R为气体常数，T为温度。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，在读取所述体积测量桶的数值前还包括；

通过所述抽气口进行抽气，保证所述电池排气管内部真空，关闭所述气体阀门。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，在确定所述电池胀气的物质的量前还包括：通过气体取样口在线取样，根据气体分析仪器分析出气体的组分和含量。

本发明提供的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，在读取所述温度传感器和压强传感器的数值后还包括：再次读取所述体积测量桶的数值，确定两次读取的体积测量桶的数值的差值。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供的技术方案与传统排水法测量胀气量相比，测量准确，误差较小；

2、本发明提供的技术方案与传统排水法测量胀气量相比，测量胀气体积、温度和压强；

3、本发明提供的技术方案可实现在线原位检测电池胀气量；

4、本发明提供的技术方案可为软包装锂离子电池胀气机理研究和抑制胀气研究提供关键的在线数据；

5、本发明提供的技术方案不但可以原位检测软包装锂离子电池胀气量，还可实现在线实时对胀气样品进行取样，从而为后续在线检测气体组分和含量提供基础和保障。

附图说明

图1为本发明提供的技术方案的装置结构示意图；

图2为本发明提供的技术方案的装置内部液体介质示意图；

图3为本发明提供的技术方案的软包装锂离子电池及附加链接管线示意图；

图4为本发明提供的技术方案的电池排气管附加件示意图；

其中，1-体积测量桶，2-箱体顶盖，3-箱体，4-电池测试仪连接线入口，5-螺栓，6-橡胶密封垫，7-温度传感线出口，8-电池排气管出口，9-液体介质，10-电池，11-电池正极，12-电池负极，13-电池测试仪连接线，14-温度传感器连接线，15-温度传感器，16-电池排气管，17-四通管件，18-气体取样口，19-压强传感器，20-气体阀门，21-抽气口。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供的一种在线检测软包装锂离子电池胀气量的装置和检测方法；所述装置包括如图1所示：包括体积测量桶1，上面带有刻度，可读出上升液体的体积；有机玻璃箱体顶盖2，与箱体3之间隔有橡胶密封垫6，然后采用螺栓5密封；箱体3一侧面设有电池测试仪连接线入口4，箱体3外部与电池测试仪连接，箱体3内部与电池10连接，保证电池正常的充放电测试；箱体3另一侧面有温度传感线出口7和电池排气管出口8，且分别是温度传感器连接线14和电池排气管16的出口。整个箱体3为有机玻璃材质。

通过排液法测量胀气体积；通过温度传感器15测出电池10内部温度，即气体温度；根据压强传感器19测出气体压强，然后根据气体状态方程PV＝NRT，准确的计算出气体的物质的量。图2是为本发明提供的技术方案的装置内部液体介质示意图，体积测量桶1穿过有机玻璃箱体顶盖2，到达箱体内的PFPE液体介质9液面以下适合位置，液态PFPE(全氟聚醚)是一种常温高温都不易挥发的化合物，充满整个装置的箱体。记录实验前液面在体积测量桶1内的位置，然后记录实验任一时刻液面位置，两者相减即为该时间短内电池胀气体积V。

图3是本发明提供的技术方案的软包装锂离子电池及附加链接管线示意图，其中，温度传感器15，用来记录电池内部气体温度T；电池排气管16，穿过电池排气管出口8，在箱体3外部与四通管件17连接。测试过程是把电池10放入箱体3内，浸泡在箱体3内的液体介质9中，引出电池测试仪连接线13、温度传感器连接线14和电池排气管16，然后将电池测试仪连接线入口4、温度传感线出口7和电池排气管出口8用密封胶密封。

图4是本发明提供的技术方案的电池排气管附加件示意图，其中，气体取样口18、压强传感器19和气体阀门20分别于四通管件17另外三端相连，因为电池10初始状态内部接近真空，因此开始实验前应通过抽气口21抽真空，保证电池连接管件内部真空，然后关闭气体阀门20。电池10充放电过程中产生的气体可以通过气体取样口18在线取样，后续由气相色谱仪和气相色谱-质谱联用仪分析出气体的组分和含量，通过压强传感器19读出电池内部实时压强P，结合上述温度T和体积V，根据气体状态方程PV＝NRT，准确的计算出气体的物质的量。

由于软包装锂离子电池胀气过程电池内部温度、压强也会随之发生变化，同时电池在充电过程或放电过程不同状态产生的气体组分、含量也会不同。在线测量胀气量和在线检测胀气组分与含量是厘清胀气机理以及解决胀气问题的技术难题。

综上所述解决软包装锂离子电池胀气问题的基础是厘清电池胀气机理，胀气机理的研究关键是在线测量胀气量和在线检测胀气组分与含量。之前的测量胀气量的技术主要是排水法测量，但是电池胀气过程内部温度和压强都会出现较大变化，因此排水法测量胀气量不够准确。同时，以往的测量胀气的方法不能实现在线取样检测气体组分和含量，而本申请提供了一种在线检测软包装锂离子电池胀气量的方法和装置，可解决在线准确测量胀气量和在线取样这一技术难题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，其特征在于：包括：用于放置电池和液体介质的箱体、箱体顶盖和垂直设置在所述顶盖上的体积测量桶；所述箱体的侧壁上设有电池测试仪连接线入口、温度传感器线出口和电池排气管出口；所述电池分别通过所述电池测试仪连接线入口和温度传感器线出口与各自对应的电池测试仪和温度传感器连接；所述电池设有排气管并通过排气管出口将所述排气管与用于测量所述电池的内部压强的附加件连接。

2.如权利要求1所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，其特征在于：所述附加件包括四通管件；所述四通管件中一个端口与所述排气管连接；与所述端口相对的另一个端口连接压强传感器；其他两个端口分别为气体取样口和抽气口；所述抽气口上设有气体阀门。

3.如权利要求1所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，其特征在于：所述电池上设有电池测试仪连接线和温度传感器连接线；所述电池测试仪连接线分别与电池正极和负极连接。

4.如权利要求1所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，其特征在于：所述箱体与箱体顶盖之间设有密封垫；所述箱体顶盖通过螺栓与所述箱体密封。

5.如权利要求3所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置，其特征在于：当所述电池放入箱体内，通过所述电池测试仪连接线入口、温度传感器线出口和电池排气管出口分别引出电池测试仪连接线、温度传感器连接线和电池排气管，将所述电池测试仪连接线入口、温度传感线出口和电池排气管出口用密封胶密封。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种软包装锂离子电池胀气量在线检测装置的检测方法，其特征在于：包括：

将胀气的所述电池放入所述箱体中；

读取所述体积测量桶的数值；

读取所述温度传感器和压强传感器的数值；

确定所述电池胀气的物质的量。

7.如权利要求6所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，其特征在于：根据气体状态方程PV＝NRT，确定所述电池胀气的物质的量；其中，P为压强，V为体积，N为物质的量，R为气体常数，T为温度。

8.如权利要求6或7所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，其特征在于：在读取所述体积测量桶的数值前还包括；

通过所述抽气口进行抽气，保证所述电池排气管内部真空，关闭所述气体阀门。

9.如权利要求6所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，其特征在于：在确定所述电池胀气的物质的量前还包括：通过气体取样口在线取样，根据气体分析仪器分析出气体的组分和含量。

10.如权利要求6所述的一种软包装锂离子电池胀气量的在线检测装置的检测方法，其特征在于：在读取所述温度传感器和压强传感器的数值后还包括：再次读取所述体积测量桶的数值，确定两次读取的体积测量桶的数值的差值。