CN109959868B

CN109959868B - 一种新型锂-氧扣式电池测试瓶

Info

Publication number: CN109959868B
Application number: CN201711389184.5A
Authority: CN
Inventors: 刘久清; 赵海均
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN109959868A

Abstract

本发明公开了一种可用于锂‑氧扣式电池测试的测试瓶，它包括：测试瓶、进气管、出气管、正负极导线、扣式电池底座、小刀片、载物台与夹持装置。正负极导线束、进出气管固定在测试箱体上，且周围密封；测试瓶为圆柱形，分上下2个部分，且在连接层下有密封圈；瓶内有刀片与夹持装置，且夹持装置可以通过瓶体上的软套进行操作，可以在密闭环境下划破封口袋。本发明具有拆装方便、制作成本低廉、气氛稳定且可以实现锂‑氧扣式电池全程隔绝空气等优点。

Description

一种新型锂-氧扣式电池测试瓶

技术领域

本发明涉及一种新型锂-氧扣式电池测试瓶的制作方法。

背景技术

锂空气电池是以金属锂作为负极，空气电极为正极的高比能量电池，其预计可实现的比能量为10000Wh/kg以上，是新一代高能电池。

空气中存在的CO₂和水蒸气，或者氧气中未除尽的水蒸气进入锂空气(氧气)电池中，可能与锂负极接触，生成LiOH或Li₂CO₃，从而在一定程度上腐蚀锂负极并进一步减少电池的容量，损坏其循环性能。因此，目前实验室对锂空气电池的研究多以锂-氧电池为研究对象，而锂-氧扣式电池因为容易装配、测试且成本较低被广泛用于锂-氧电池的相关研究。

为避免空气对锂-氧电池的影响，锂-氧电池的装配在氩气气氛的手套箱中进行，测试则在纯氧气氛下进行。从手套箱到测试箱的转移过程及测试箱中的连接过程常常不可避免地要和空气接触，而这必然会对实验结果产生较大影响。目前较常用的解决办法是直接将测试箱转移到手套箱中，在手套箱的氩气气氛下直接实现电池与测试箱的连接，这样的确可以避免与空气的接触，但测试箱的体积较大，往手套箱中转移常常有诸多限制，操作起来也很不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一个可以在手套箱外实现扣式电池与测试装置连接，可以避免与空气接触，且操作方便的测试瓶。

为了实现该目的，本发明公开了一种新型锂-氧扣式电池测试瓶，它包括：进气管1，出气管2，测试瓶上部3，连接层4，密封圈5，测试瓶下部6，橡胶囊7，夹持装置8，刀片9，载物台10，扣式电池底座11，正极导线束12，负极导线束13。测试瓶分为上、下2个部分，通过连接层连接且连接层下有密封圈；进气管、出气管被固定在测试瓶的上部，并垂直瓶底；刀片被固定在测试瓶上；瓶体上有密闭连接的橡胶囊，橡胶囊位于瓶体上半部分的外部，且橡胶囊与夹持装置相连，夹持装置贯穿瓶子的上层和下层；扣式电池底座被固定在瓶子中部或瓶底；正极导线束、负极导线束分别为各扣式电池底座正极外接导线、负极外接导线的集合。

进一步地，其特征在于测试瓶瓶体所用材料为塑料或玻璃，且所用塑料、玻璃均为透明材质。测试瓶瓶体为圆柱形，底面圆半径取3～30cm，高度取6～30cm。

进一步地，其特征在于进气管、出气管上端被固定在测试瓶上部；进气管下端所在高度为测试瓶高度的2/3至7/8，出气管下端所在高度为0～测试瓶高度的1/5；进气管、出气管所用材料为玻璃、陶瓷、橡胶、塑料中的一种。

进一步地，其特征在于扣式电池底座数量根据需求及测试瓶大小可取1～16个，各扣式电池底座均匀摆放，且互为开路状态，并使用带绝缘外皮的导线通过正、负极导线束延伸到测试瓶外分别与测试装置相连；扣式电池底座、导线、测试装置接口分别编号且一一对应。

进一步地，其特征在于刀片锋口朝上，刀刃与测试瓶壁夹角取30度～60度。载物台位于刀片正下方1～5cm处，且与刀片垂直与测试瓶瓶底平行。载物台材质取玻璃、橡胶、塑料、金属均可。

进一步地，其特征在于在测试瓶上部的瓶壁上有套有密封橡胶囊的缺口，橡胶囊长度取3～15cm，缺口取半径2～6cm的圆孔或边长4～12cm的方孔。

进一步地，其特征在于夹持装置为被绝缘层全包覆或单边被绝缘层包覆的镊子。

进一步地，其特征在于测试瓶上部与测试瓶下部通过连接层紧密连接，连接方式为螺纹连接、法兰连接的一种，且在连接层下有向内突出的圆环状的密封层，在密封层与连接层之间有密封胶圈。

进一步地，其特征在于导线间彼此绝缘且导线束被绝缘层紧紧包覆。

进一步地，其特征在于测试瓶与进气管、出气管、正极导线束、负极导线束及橡胶囊处均使用密封胶密闭，进气管、出气管在未与纯氧气氛相通时用止水夹、密封帽或其它气密零件进行密封。

使用本发明进行锂-氧电池的测试过程为：锂-氧扣式电池的组装过程在氩气气氛的手套箱中进行，装配好的扣式电池在手套箱中用封口机压紧，并装入封口袋中，在氩气环境下将封口袋封口并取出手套箱。打开测试瓶，将装有扣式电池的封口袋置入后密封测试瓶。将高纯氧从测试瓶的进气管通入，并经出气管通过连接管通入装有植物油的烧杯中。持续通氧5～30min后，通过测试瓶上的橡胶囊操作夹持装置，使用夹持装置将封口袋在刀片上划破，将扣式电池区分好正负极及各自编号分别装入扣式电池底座，将封口袋置于载物台上。正、负极导线束中的导线与电池检测系统的测试接口对应相连，设置好测试工步即可开始测试。根据需要，在通氧一定时间后，可以选择将进气管与出气管用止水夹夹紧或其它密封措施密封，并停止通氧。这个时间可以是1h以上或者是选择持续通氧直到测试结束。

本发明的有益效果：

1、制作成本低。测试箱、进气管、出气管等均可使用廉价的塑料，原料易得且塑形成本低。一个测试瓶可以同时测试多个电池，提高了效率也降低了成本。

2、操作方便，气密性好。本发明采用螺纹连接或法兰连接，均可较方便的拆装。在密封圈上加上密封胶垫，在各个接口均加有密封胶，可以实现与外界气体的完全隔绝。

3、可以实现电池从装配到测试过程中与空气的隔离。锂-氧扣式电池的装配、封口、封口袋中的保存均在氩气环境下，拆封口袋及测试过程均在纯氧环境下进行。锂-氧扣式电池所接触的气氛始终只有氩气与氧气，与空气没有任何接触。同样的，测试中的电池可以随时停止测试，在装置中装入封口袋后取出，在不与空气接触的条件下开展一系列的检测，获得对电池测试过程中电池内部变化更准确的观察。这是现有装置难以实现的。

附图说明

图1是测试瓶组成图，其中：1-进气管，2-出气管，3-测试瓶上部，4-连接层，5-密封圈，6-测试瓶下部，7-橡胶囊，8-夹持装置，9-刀片，10-载物台，11-扣式电池底座，12-正极导线束，13-负极导线束。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1，一种新型锂-氧扣式电池测试瓶，包括进气管1，出气管2，测试瓶上部3，连接层4，密封圈5，测试瓶下部6，橡胶囊7，夹持装置8，刀片9，载物台10，扣式电池底座11，正极导线束12，负极导线束13。其中进气管1，出气管2设置在测试瓶上部3的顶部，连接层4下有密封圈5，橡胶囊7连接在测试瓶上部的外侧，夹持装置的一端靠近橡胶囊7，另一端可以延伸到测试瓶下部6的底部与侧面，在测试瓶6的侧面还有刀片9与载物台10。扣式电池底座被固定在测试瓶下部6的底部，并通过正极导线束12、负极导线束13分别与电池检测系统相连接。

以下列举具体实例对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，一种新型锂-氧扣式电池测试瓶，包括进气管1，出气管2，测试瓶上部3，连接层4，密封圈5，测试瓶下部6，橡胶囊7，夹持装置8，刀片9，载物台10，扣式电池底座11，正极导线束12，负极导线束13。其中进气管1，出气管2设置在测试瓶上部3的顶部，连接层4下有密封圈5，橡胶囊7连接在测试瓶上部的外侧，夹持装置的一端靠近橡胶囊7，另一端可以延伸到测试瓶下部6的底部与侧面，在测试瓶6的侧面还有刀片9与载物台10。扣式电池底座被固定在测试瓶下部6的底部，并通过正极导线束12、负极导线束13分别与电池检测系统相连接。

本实施例中，测试瓶的上部、下部，连接层，密封圈及载物台均为玻璃材质，进气管、出气管为橡胶管，夹持装置为单边用绝缘层包覆的镊子，刀片为不锈钢材质。

本实施例中，测试瓶底面圆半径为10cm，瓶体高度为15cm；进气管、出气管被固定在测试瓶瓶顶，进气管瓶内长度为10cm，出气管瓶内长度为1cm。瓶体上下2个部分的连接方式为螺纹连接，在螺纹偏下紧挨螺纹处有圆环状密封圈，密封圈上放有与之契合的密闭胶圈。测试瓶上部瓶壁有半径2cm的圆孔，并与长度为5cm的橡胶囊紧密连接，并确保连接处不会漏气。刀片及载物台在测试瓶下部与橡胶囊相对的方向，刀片封口朝上，与瓶壁夹角为45°；8个扣式电池底座被固定在测试瓶瓶底，相邻电池座间距基本一致；电池底座与检测系统电路一一对应连接，在瓶壁处捆扎为正极导线束、负极导线束，线路间彼此始终保持开路。

本实施例中，锂-氧电池的装配在氩气环境的手套箱中进行，装好的电池在手套箱的氩气环境下用封口机压紧并装入封口袋中，将封口袋密封。从手套箱中取出后，置入测试瓶中，并密封测试瓶。从测试瓶的进气管鼓入高纯氧，并将出气管连通至装有植物油的烧杯中。持续通氧20min后，使用橡胶囊控制夹持装置，将封口袋在刀片上划破，并取出电池。将电池区分好正负极一一扣入扣式电池底座中，并将破损的封口袋放置到载物台上，操作完成后将夹持装置也架在载物台上。设置好电池检测系统的工步，保持通氧，即可开始测试电池。

实施例2

本实施例中，测试瓶瓶体使用塑料材质，测试瓶底面圆半径取4cm，测试瓶高度取10cm，进气管出气管为玻璃管与橡胶管的拼接管，进气管瓶内长度7cm，瓶底固定扣式电池底座数量为1，橡胶囊长度为4cm，其它组件与实施例1保持一致。

本实施例中，设置好电池检测系统的工步后开始测试电池，持续通氧2h后，用止水夹将进气管、出气管夹紧，构建密闭的测试瓶环境，并停止通氧。其他操作步骤与实施例1一致。

实施例3

本实施例中，测试瓶连接部分使用法兰连接，测试瓶底面半径取30cm，测试瓶高度取20cm，进气管瓶内长度取16cm，瓶底固定扣式电池底座数量取16，橡胶囊长度取12cm，测试瓶圆孔半径为4cm，载物台上事先放置16个开口的封口袋，其它组件与实施例1保持一致。

本实施例中，设置好电池测试系统的工步后开始测试电池，持续通氧1h后，用封口帽将出气管封口，继续通氧5min后关闭高纯氧阀门。其它操作步骤与实施例1一致。

在循环20圈后，停止工步，使用夹持装置将电池卸下后装入事先放置的封口袋中并封口。打开测试瓶，取出封口袋，即可开展一系列的检测。

Claims

1.一种新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于，包括：测试瓶、进气管、出气管、正极导线束、负极导线束、扣式电池底座、刀片、载物台与夹持装置；测试瓶分为上、下2个部分，通过连接层连接且连接层下有密封圈；进气管、出气管被固定在测试瓶的上部，并垂直瓶底；刀片被固定在测试瓶上；瓶体上有密闭连接的橡胶囊，橡胶囊位于瓶体上半部分的外部，且橡胶囊与夹持装置相连，夹持装置贯穿瓶子的上层和下层；扣式电池底座被固定在瓶子中部或瓶底；正极导线束、负极导线束分别为各扣式电池底座正极外接导线、负极外接导线的集合。

2.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于测试瓶瓶体所用材料为塑料或玻璃，且所用塑料、玻璃均为透明材质；测试瓶瓶体为圆柱形，底面圆半径取3～30cm，高度取6～30cm。

3.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于进气管瓶内长度为测试瓶高度的2/3至7/8，出气管瓶内长度为0～测试瓶高度的1/5；进气管、出气管所用材料为玻璃、陶瓷、橡胶、塑料中的一种。

4.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于扣式电池底座数量根据需求及测试瓶大小可取1～16个，各扣式电池底座均匀摆放，且互为开路状态，并使用带绝缘外皮的导线通过正、负极导线束延伸到测试瓶外分别与测试装置相连；扣式电池底座、导线、测试装置接口分别编号且一一对应。

5.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于刀片锋口朝上，刀刃与测试瓶壁夹角取30度～60度；载物台位于刀片正下方1～5cm处，且与刀片垂直与测试瓶瓶底平行；载物台材质取玻璃、橡胶、塑料、金属均可。

6.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于在测试瓶上部的瓶壁上有套有密封橡胶囊的缺口，橡胶囊长度取3～15cm，缺口取半径2～6cm的圆孔或边长4～12cm的方孔。

7.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于夹持装置为被绝缘层全包覆或单边被绝缘层包覆的镊子。

8.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于测试瓶上部与测试瓶下部通过连接层紧密连接，连接方式为螺纹连接、法兰连接的一种，且在连接层下方有向内突出的圆环状密封层，在密封层与连接层之间有密封胶圈。

9.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于导线间彼此绝缘且导线束被绝缘层紧紧包覆。

10.根据权利要求1所述的新型锂-氧扣式电池测试瓶，其特征在于测试瓶与进气管、出气管、正极导线束、负极导线束及橡胶囊处均使用密封胶密闭，进气管、出气管在未与纯氧气气氛相通时用气密零件进行密封。