CN106876817A - 检测电池内部压强的方法及电池内部压强检测件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测电池内部压强的方法及电池内部压强检测件。检测方法为：在电池内部空腔中设置一个内部灌充有空气的弹性密封体，电池在预充化成结束后，通过X射线透射检测获得弹性密封体的外径大小，再计算出体积，通过气体方程PV＝nRT计算获得弹性密封体内的气体压强，即为电池内部的压强值。电池内部压强检测件包括设在电池内部空腔中的弹性密封体，弹性密封体包括弹性壁及由弹性壁密封包围而成的腔体，腔体中灌有产生的压强值和电池内部空腔中的压强值相同的空气。本发明能精确地对任何密闭电池内部气体压强进行检测，检测方便，满足规模化大批量生产的需求，从而最终能对锂离子电池的电化学性能、安全性能和一致性进行有效的评估筛选。

Description

检测电池内部压强的方法及电池内部压强检测件

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池制造领域，尤其涉及一种检测电池内部压强的方法及电池内部压强检测件。

背景技术

锂离子电池从实际产业化到现在为止已经有近二十年的历史，作为一种新型的绿色高能环保动力型电池，具有能量密度高、使用周期长、无毒环保和方便回收利用等诸多优点。目前来看锂离子电池是最优的储能装置，其优点远远高于铅酸、镍氢等电池，并且已经广泛应用在各领域，特别是近期和未来的新能源汽车方面，其需求量和发展几乎呈直线上升趋势。

锂离子电池按外观结构可分为软包结构、方形金属壳结构、圆柱体结构等几种类型。其中，圆柱体电池具有高度成熟的自动化设备、技术生产成熟、安全性好、机械强度高等诸多优点，已经逐渐成为新能源汽车储能电源的首选。但由于圆柱体电池本身体积较小，应用在新能源汽车上需要的电池数量会很庞大，这就要求所使用的电池必须有极好的一致性和安全性能，这也是各大圆柱体锂离子电池生产企业所必须面临的问题。

圆柱体锂离子电池生产过程中从封口开始一直保持密封状态，不会像软包、方形金属壳电池那样中间会有排气过程。由于电池在预充化成过程中存在特有的电化学反应，会产生乙烯、甲烷、乙烷等气体，必然会导致圆柱体密封腔内的压强增高。正常情况下，不会对电池性能造成很大的负面影响，是允许这部分气体和压强存在的。但如果锂离子电池在制造过程中出现工艺设计不合理、生产管控不到位等原因，就会造成圆柱体密封腔内的气体压强偏高或者批量生产的电池之间压强不均一等现象，最终会影响电池的安全和一致性，导致无法大批量成组使用。

目前对圆柱体电池内部压强的检测还没有切实有效的方法。可以尝试的简单方法有两个：一个是通过测试单颗电池电化学性能来对电池内部压强进行评估；另一个方法是通过一种高精度的密闭压力传感器，将单颗电池进行破坏，通过压力的微小变化来进行估算。但这两种方法弊端太多，首先是无法精确有效地对电池内压进行检测，其次是无法应用到规模化的大批量生产中，因此这两种方法都没在锂电行业被应用。

发明内容

本发明主要解决电池内部压强的测试比较困难，原有的测试方法要么无法精确检测电池内压要么是破坏性检测，无法应用到规模化的大批量生产中的技术问题；提供一种检测电池内部压强的方法及电池内部压强检测件，其能方便地实现对电池内压的检测，检测精确，满足规模化大批量生产的需求。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明检测电池内部压强的方法为：首先在电池制作过程中在电池内部空腔中设置一个内部灌充有空气的弹性密封体，电池在预充化成结束后，电池内部压强会增高，导致所述的弹性密封体形变收缩，此时通过X射线对电池进行透射检测获得弹性密封体的外径大小，再计算出弹性密封体的体积，然后通过气体方程PV＝nRT，其中，P为弹性密封体内的气体压强，V为弹性密封体的体积，n为弹性密封体内气体物质的量，R为气体常数，T为气体温度，计算获得弹性密封体内的气体压强，即为电池内部的压强值。V为弹性密封体的体积，也就是弹性密封体内气体的体积；n为弹性密封体内气体物质的量，即气体的摩尔数；T为气体温度，也就是电池内部空腔中的温度。本技术方案中的气体方程是和电池外界大气压作对比进行计算的，已知外界大气压压强为1个大气压。因为弹性密封体是密封的，所以气体方程中的n、R都是固定的，压强通过除法比例计算获得。本发明方便地实现对电池内压的检测，检测精确，满足规模化大批量生产的需求。

本发明检测电池内部压强的方法中所使用的电池内部压强检测件，包括设在电池内部空腔中的弹性密封体，弹性密封体包括弹性壁及由弹性壁密封包围而成的腔体，腔体中灌有产生的压强值和电池内部空腔中的压强值相同的空气。在电池制作过程中，在电池密封封口前将弹性密封体放入到电池内部空腔中，待锂离子电池后续生产工序完成，然后进行封口密封。电池在预充化成结束后，由于过程中发生的特有的电化学反应，电池内部会产生乙烯、甲烷、乙烷等气体，必然会导致电池内部空腔中的压强增高。由于弹性密封体是密封的，内部气体含量一定，在外部压力的作用下，必然会发生形变收缩，体积变小。这时，采用X射线对电池进行穿透检测，可以检测到弹性密封体的外径大小，继而可以计算出弹性密封体的体积，根据气体方程PV＝nRT，其中，P为气体压强，V为气体体积，n为气体物质的量(即摩尔数)，R为气体常数，T为气体温度(即电池内部空腔中的温度，电池内部温度由专门设置的温度检测电路完成)，计算获得弹性密封体的内部压强值P。因为弹性密封体材质和结构上的特点，其内部压强也等同于电池内部空腔内的压强，即圆柱体锂离子电池腔体内的压强值。本发明可以方便地实现对电池内压的检测，检测精确，满足规模化大批量生产的需求。

作为优选，所述的弹性密封体和所述的电池盖帽相连。确保弹性密封体安装位置相对固定，便于检测。弹性密封体可以单独作为一个部件使用，即不与其他部件连接，直接使用。也可以和其他部件进行组合连接使用，如通过焊接或者粘连等方式固定在电池盖帽或锂离子电池其他部件上。

作为优选，所述的弹性密封体的弹性壁的壁厚均匀。受力均匀，提高检测精确性。

作为优选，所述的弹性密封体呈球体或椭球体。确保弹性密封体受力均匀，也便于计算体积。当然弹性密封体的形状采用较规则、体积容易计算的几何体都是可以的。

作为优选，所述的弹性密封体的外径为0.5～1mm，弹性壁的壁厚为0.1～0.4mm。

作为优选，所述的弹性壁的材质为具有不能够被电解液腐蚀、不易破裂及易拉伸和收缩的特点的材质。

作为优选，所述的弹性壁的材质为丁苯类橡胶。采用常规改性橡胶，为丁苯橡胶和天然橡胶的组成，内部添加了部分特殊非金属元素。该组合橡胶具有一定的强度和伸缩性，同时不与锂离子电池中的溶剂(如碳酸二甲酯、微量的氢氟酸)进行反应，同时兼顾了气密性、机械强度和抗老化等性能。

本发明的有益效果是：能精确有效地对任何密闭电池内部气体压强进行检测，检测方便，满足规模化大批量生产的需求，从而最终能对锂离子电池的电化学性能、安全性能和一致性进行有效的评估筛选。本发明中的弹性密封体，制作简单，材料绿色环保，总体成本低廉，性价比很高，在锂电池电化学性能、安全性能和一致性要求越来越高的锂电市场很有前景。

附图说明

图1是本发明电池内部压强检测件的一种结构示意图。

图2是本发明电池内部压强检测件安装在电池中的一种结构示意图。

图中1.弹性密封体，2.弹性壁，3.腔体，4.钢壳，5.卷芯，6.电池盖帽，7.电池内部空腔，8.正极极耳。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的检测电池内部压强的方法，指检测圆柱体锂离子电池内部压强的方法，具体方法为：制作电池时，先将卷芯放置到钢壳中，再高温烘烤若干小时以除去内部的水分，然后进行注液，再将弹性密封体置于电池内部空腔中，将正极极耳呈Z字型弯折，最后盖上电池盖帽并采用机械压封进行密闭封口，制成成品电池。圆柱体锂离子电池在制成后搁置活化一段时间，待电解液完全浸润卷芯后开始进行小电流充电操作。电池在预充化成结束后，由于过程中发生的特有的电化学反应，电池内部会产生乙烯、甲烷、乙烷等气体，必然会导致电池内部空腔中的压强增高。由于弹性密封体是密封的，内部气体含量一定，在外部压力的作用下，必然会发生形变收缩，体积变小。这时，采用X射线对电池进行穿透检测，可以检测到弹性密封体的外径大小，继而可以计算出弹性密封体的小球体积，根据气体方程PV＝nRT，其中，P为小球内气体压强，V为小球内气体体积，n为小球内气体物质的量(即摩尔数)，R为气体常数，T为小球内气体温度(即电池内部空腔中的温度)，计算获得弹性密封体的内部压强值P。因为弹性密封体材质和结构上的特点，其内部压强也等同于电池内部空腔内的压强，即圆柱体锂离子电池腔体内的压强值。

上述方法中所使用的电池内部压强检测件，安装在圆柱体锂离子电池内部，如图2所示，圆柱体锂离子电池包括圆桶状钢壳4及安装在钢壳4内的卷芯5，钢壳4的开口处密封盖有电池盖帽6，电池盖帽6和卷芯5之间形成电池内部空腔7，电池内部空腔7中装有一个弹性密封体1，弹性密封体1和电池盖帽6粘连，连在电池盖帽6上的正极极耳8呈Z字型弯折并和卷芯5相连。如图1所示，弹性密封体1是个圆球体，弹性密封体包括弹性壁2及由弹性壁2密封包围而成的腔体3，腔体3中灌有一定量的空气，腔体中空气产生的压强值和电池内部空腔中的压强值相同。整个弹性壁2的壁厚均匀，弹性壁2的材质采用丁苯类橡胶，其不能够被电解液腐蚀，机械强度高，不易破裂，伸展性好，易拉伸和收缩，无毒，价格便宜。本实施例中，弹性密封体1的外径为1mm，弹性壁2的壁厚为0.25mm。

本发明能精确有效地对任何密闭电池内部气体压强进行检测，检测方便，满足规模化大批量生产的需求，从而最终能对锂离子电池的电化学性能、安全性能和一致性进行有效的评估筛选。本发明中的弹性密封体，制作简单，材料绿色环保，总体成本低廉，性价比很高，在锂电池电化学性能、安全性能和一致性要求越来越高的锂电市场很有前景。

Claims (8)

1.一种检测电池内部压强的方法，其特征在于首先在电池制作过程中在电池内部空腔中设置一个内部灌充有空气的弹性密封体，电池在预充化成结束后，电池内部压强会增高，导致所述的弹性密封体形变收缩，此时通过X射线对电池进行透射检测获得弹性密封体的外径大小，再计算出弹性密封体的体积，然后通过气体方程PV＝nRT，其中，P为弹性密封体内的气体压强，V为弹性密封体的体积，n为弹性密封体内气体物质的量，R为气体常数，T为气体温度，计算获得弹性密封体内的气体压强，压即为电池内部的压强值。

2.一种如权利要求1所述的检测电池内部压强的方法中所使用的电池内部压强检测件，其特征在于包括设在电池内部空腔中的弹性密封体，弹性密封体包括弹性壁及由弹性壁密封包围而成的腔体，腔体中灌有产生的压强值和电池内部空腔中的压强值相同的空气。

3.根据权利要求2所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性密封体和所述的电池盖帽相连。

4.根据权利要求2所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性密封体的弹性壁的壁厚均匀。

5.根据权利要求2或3或4所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性密封体呈球体或椭球体。

6.根据权利要求2或3或4所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性密封体的外径为0.5～1mm，弹性壁的壁厚为0.1～0.4mm。

7.根据权利要求2或3或4所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性壁的材质为具有不能够被电解液腐蚀、不易破裂及易拉伸和收缩的特点的材质。

8.根据权利要求7所述的电池内部压强检测件，其特征在于所述的弹性壁的材质为丁苯类橡胶。