CN109342511A - 电池电解液状态检测装置和检测方法 - Google Patents

电池电解液状态检测装置和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池生产制造技术领域，尤其涉及一种电池电解液状态检测装置和检测方法，该检测装置包括：抽气装置，其在检测时用于抽取电池内部的气体；气敏传感器，其对抽取的气体产生响应信号，并向分析设备输出信号变化信息；分析设备，接收气敏传感器输入的信号变化信息，并进行信号解析处理，输出对应的气体含量的信息；抽气管路，其分别与抽气装置、气敏传感器和分析设备相连通。相比于现有技术，本发明提供的检测装置和方法能够对电解液状态进行准确分析和表征，可取代现有靠经验判断来分析电解液状态的方法，大大提高分析的可靠性和效率，且本发明提供的检测装置精度合理，操作简单可行，避免了气相色谱等设备的高成本和高操作难度。

Description

电池电解液状态检测装置和检测方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池生产制造技术领域，尤其涉及一种电池电解液状态检测装置和检测方法。
背景技术
全球能源日趋紧张，生态环境日益恶化，关于新能源汽车的开发与应用问题已成为各国汽车工业积极探索的焦点。伴随着我国出台的新能源补贴政策与力度的不断升级，国内电动汽车飞速发展，关于电池的研究越来越热门。在实际生产中，我们需要对于很多问题电芯进行分析，以获得可靠的依据来改善生产。但是，在电池的研究过程中还有很多过程不能够合理量化，特别是关于电解液的分析，更是以经验判断为主，无法通过合理的指标来表征电解液的状态。
在实际的电池厂中，没有气相色谱等专业设备，也没有其他任何检测电池电解液状态的装置和方法。对于电池电解液状态的判定基本是根据电池性能的表征数据进行初步的判断，再对电池进行拆解，通过在电池的拆解过程中观察游离电解液的多少，颜色，浸润程度来分析电解液的状态。但是，这种方法并不能准确的判断电解液的状态，并且每一个参数都没有确定的比对标准，完全依靠人的经验来分析，不仅不可靠，而且难以学习和继承。因此，现阶段关于电解液含量的分析方法是缺乏逻辑支撑的；而且拆解电池费时费力，工作效率低。
有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种电池电解液状态检测装置和检测方法，以解决目前电芯研究中对于电解液变化缺乏定量分析的手段，以及无法准确分析电解液随电芯异常时电解液的状态。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电池电解液状态检测装置，该检测装置包括：
抽气装置，其在检测时用于抽取电池内部的气体；
气敏传感器，其对抽取的气体产生响应信号，并向分析设备输出信号变化信息；
分析设备，接收气敏传感器输入的信号变化信息，并进行信号解析处理，输出对应的气体含量的信息；
抽气管路，其分别与抽气装置、气敏传感器和分析设备相连通。
其中，本发明的电解液状态检测原理如下：
电解液在电池中进行不可逆的，主要产气反应如下：
可以看出，电解液反应生成的主要气体是CO2和C2H4，而式(2)和式(3)是形成SEI膜时的主要反应，其中的气体含量变化能够有效的表征电解液中的成膜剂的消耗，而成膜剂的变化又是影响电解液寿命的主要影响因素。因此，通过对电池中气体含量的变化来推导电解液状态的变化，进而分析电解液的状态，就能更好的评估电解液的性能。
根据实验统计电解液中气体的主要成分如下表所示：
根据上表不难看出，气体的主要成分CO2和C2H4的含量差别较大，因而可以简单的通过CO2和C2H4的比值初步的判断电解液的状态是否良好，从而达到初步分析的目的。
因此，本发明根据电解液的产气反应所产生的气体逆向推导电解液中物质的变化状态，进而分析电解液的变化过程，为分析电解液对电池循环寿命的影响提供了可靠的依据。
作为本发明所述的电池电解液状态检测装置的优选方案，还包括废气处理装置，其通过抽气管路分别与气敏传感器和抽气装置相连通。
作为本发明所述的电池电解液状态检测装置的优选方案，还包括抽气针管，其一端与抽气管路的输入端相连接，另一端用于插入电池内部，以导出电池内的气体。
作为本发明所述的电池电解液状态检测装置的优选方案，所述气敏传感器为电阻式半导体气敏传感器。其中，气敏传感器是本装置的一关键组件。其可以检测特定气体的浓度信息，因为气敏传感器的电参量(如电阻型气敏传感器的电阻值)与被测气体浓度之间存在着依从关系。因此，本发明利用气敏传感器对气体产生感应，再通过分析设备对气敏传感器的变化进行分析就能够得出电池内部气体的含量，进而分析电池中电解液的状态。
作为本发明所述的电池电解液状态检测装置的优选方案，所述分析设备为气质联用色谱分析仪或气体分析仪。优选为气质联用色谱分析仪(GC-MS)，当混合气体进入色谱柱后，吸附剂对每个成分的吸附力不一样，在色谱柱被分离出来，从而被检测器检测到。
此外，本发明还提供一种使用上述检测装置进行电池电解液状态检测的方法，包括以下步骤：
S1、将抽气针管插入待测电池的内部，打开抽气装置，将电池内部的气体抽出；
S2、气体顺着抽气管路经过气敏传感器，气敏传感器产生响应并将响应信号传输给分析设备；
S3、分析设备对响应信号进行分析处理，并输出对应的气体含量的信息；
S4、通过气体的含量信息来检测和判断电池液当前的状态。
该检测方法为电池性能的分析提供可靠的数据，根据电解液的注液量和成分配比，获得理论的成分变化数据，再测量电解液的实际成分变化状态，能更为精确的分析电解液的变化对电芯性能的影响。
作为本发明所述的电池电解液状态检测方法的优选方案，步骤S2中，气体继续通过抽气管路进入废气处理装置，去除气体中的有害成分，净化后的气体经抽气装置排出。主要废气成分是HF，可在废气处理装置中用NaOH溶液进行反应吸收生成盐，这样可有效避免废气对实验员的伤害。
作为本发明所述的电池电解液状态检测方法的优选方案，步骤S2中，所述响应信号为将气体成分和浓度信息转换为电信号。
作为本发明所述的电池电解液状态检测方法的优选方案，步骤S4中，当测得的CO2气体含量超过总气体含量的50％时，可确定电解液中水分超标。
作为本发明所述的电池电解液状态检测方法的优选方案，步骤S4中，当C2H4:CO2的比值为1.1～1.4时，电解液循环性能正常；当C2H4:CO2的比值低于1时，电解液循环性能异常。
本发明的有益效果在于：本发明通过气敏元器件的应用，利用气敏传感器对气体产生响应，再通过分析设备对气敏传感器的变化进行分析得出电池内部气体的含量，进而来分析和判定电池中电解液的当前状态，并为实验分析提供切实可靠的数据。因此本发明提供的检测装置和方法能够对电解液状态进行准确分析和表征，可取代现有靠经验判断来分析电解液状态的方法，大大提高分析的可靠性和效率，且本发明提供的检测装置精度合理，操作简单可行，避免了气相色谱等设备的高成本和高操作难度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-抽气装置；2-气敏传感器；3-分析设备；4-抽气管路；5-废气处理装置；6-抽气针管；7-电池。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种电池电解液状态检测装置，包括抽气装置1、气敏传感器2、分析设备3、抽气管路4和抽气针管6；抽气装置1在检测时用于抽取电池7内部的气体；气敏传感器2对抽取的气体产生响应信号，并向分析设备3输出信号变化信息；分析设备3接收气敏传感器2输入的信号变化信息，并进行信号解析处理，输出对应的气体含量的信息；抽气管路4分别通过螺接、卡接等方式与抽气装置1、气敏传感器2和分析设备3相连通；抽气针管6一端与抽气管路4的输入端相连接，另一端用于插入电池7内部，以导出电池7内的气体。
其中，需要说明的是，抽气装置1、气敏传感器2、分析设备3和抽气针管6均可以通过市售购买获得，其具体型号不作具体限定，可以根据实际需求进行选择。
优选地，该检测装置还包括废气处理装置5，其通过抽气管路4分别与气敏传感器2和抽气装置1相连通。废气处理装置5用于除去气体中的有害成分，例如在废气处理装置5中盛有NaOH溶液用于吸收HF，这样可有效避免废气对实验员造成伤害。
优选地，气敏传感器2为电阻式半导体气敏传感器。其中，气敏传感器2是本装置的一关键组件。其可以检测特定气体的浓度信息，因为气敏传感器2的电参量(如电阻型气敏传感器的电阻值)与被测气体浓度之间存在着依从关系。因此，本发明利用气敏传感器2对气体产生感应，再通过分析设备3对气敏传感器2的变化进行分析就能够得出电池7内部气体的含量，进而分析电池7中电解液的状态。
优选地，分析设备3为气质联用色谱分析仪或气体分析仪。更优选为气质联用色谱分析仪(GC-MS)，当混合气体进入色谱柱后，吸附剂对每个成分的吸附力不一样，在色谱柱被分离出来，从而被检测器检测到。
实施例2
采用实施例1的装置检测一个循环跳水的电池，具体操作步骤如下：
S1、将抽气针管6插入待测电池7的内部，打开抽气装置1，将电池7内部的气体抽出；
S2、气体顺着抽气管路4经过电阻式半导体气敏传感器，气敏传感器2产生响应(即将气体成分和浓度信息转换为电信号)，并将响应信号传输给分析设备3；
S3、分析设备3对响应信号进行分析处理，并输出对应的气体含量的信息；测得的CO2气体含量超过总气体含量的50％；
S4、可以判定电池7内部以副反应为主，并且大量产气，初步确定电池7内部水分超标是电池7循环跳水的一个主要原因。
因此，该检测方法为电池性能的分析提供可靠的数据，根据电解液的注液量和成分配比，获得理论的成分变化数据，再测量电解液的实际成分变化状态，能更为精确的分析电解液的变化对电芯性能的影响。
优选地，步骤S2中，气体继续通过抽气管路4进入废气处理装置5，去除气体中的有害成分，净化后的气体经抽气装置1排出。主要废气成分是HF，可在废气处理装置5中用NaOH溶液进行反应吸收生成盐，这样可有效避免废气对实验员的伤害。
实施例3
采用实施例1的装置检测电池电解液的循环性能，具体操作步骤如下：
S1、将抽气针管6插入待测电池7的内部，打开抽气装置1，将电池7内部的气体抽出；
S2、气体顺着抽气管路4经过电阻式半导体气敏传感器，气敏传感器2产生响应(即将气体成分和浓度信息转换为电信号)，并将响应信号传输给分析设备3；
S3、分析设备3对响应信号进行分析处理，并输出对应的气体含量的信息；分别对不同使用状态的电池7进行分析，统计参数变化数据；
S4、得出：当C2H4:CO2的比值为1.1～1.4时，电解液循环性能正常；当C2H4:CO2的比值低于1时，电解液循环性能异常。
因为随着电解液内部物质的变化，电池7内部气体含量和相对应的百分比也在发生相应的变化。因此，利用本检测方法可以对电解液固定的产品做快速可靠的分析。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种电池电解液状态检测装置，其特征在于，该检测装置包括：
抽气装置，其在检测时用于抽取电池内部的气体；
气敏传感器，其对抽取的气体产生响应信号，并向分析设备输出信号变化信息；
分析设备，接收气敏传感器输入的信号变化信息，并进行信号解析处理，输出对应的气体含量的信息；
抽气管路，其分别与抽气装置、气敏传感器和分析设备相连通。
2.根据权利要求1所述的电池电解液状态检测装置，其特征在于：还包括废气处理装置，其通过抽气管路分别与气敏传感器和抽气装置相连通。
3.根据权利要求1所述的电池电解液状态检测装置，其特征在于：还包括抽气针管，其一端与抽气管路的输入端相连接，另一端用于插入电池内部，以导出电池内的气体。
4.根据权利要求1所述的电池电解液状态检测装置，其特征在于：所述气敏传感器为电阻式半导体气敏传感器。
5.根据权利要求1所述的电池电解液状态检测装置，其特征在于：所述分析设备为气质联用色谱分析仪或气体分析仪。
6.一种电池电解液状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将抽气针管插入待测电池的内部，打开抽气装置，将电池内部的气体抽出；
S2、气体顺着抽气管路经过气敏传感器，气敏传感器产生响应并将响应信号传输给分析设备；
S3、分析设备对响应信号进行分析处理，并输出对应的气体含量的信息；
S4、通过气体的含量信息来检测和判断电池液当前的状态。
7.根据权利要求6所述的电池电解液状态检测方法，其特征在于：步骤S2中，气体继续通过抽气管路进入废气处理装置，去除气体中的有害成分，净化后的气体经抽气装置排出。
8.根据权利要求6所述的电池电解液状态检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述响应信号为将气体成分和浓度信息转换为电信号。
9.根据权利要求6所述的电池电解液状态检测方法，其特征在于：步骤S4中，当测得的CO2气体含量超过总气体含量的50％时，可确定电解液中水分超标。
10.根据权利要求6所述的电池电解液状态检测方法，其特征在于：步骤S4中，当C2H4:CO2的比值为1.1～1.4时，电解液循环性能正常；当C2H4:CO2的比值低于1时，电解液循环性能异常。
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