CN110174293A - 一种圆柱形电池内部产气分析的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形电池内部产气分析的方法和装置，其将待测圆柱形电池使用所述密封容器进行封装，将产气测试过程中电池内部产生的气体通过盖板上打孔处理形成的孔洞引导到密封容器中，一方面，通过监测封装后的待测圆柱形电池在产气测试前后的质量变化，简易、快捷测量圆柱形电池在不同状态下的产气量；另一方面，通过采气咀抽取密封容器内的气体，用分析仪器测定气体的组成。本发明的方法简单，易于操作，且能够快速准确地对圆柱形电池的产气量和产气成分进行测试，可靠性高。

Description

一种圆柱形电池内部产气分析的方法和装置

技术领域

本发明涉及了锂离子电池技术领域，特别是涉及了一种圆柱形电池内部产气分析的方法及装置。

背景技术

新能源技术是当代被公认的高新技术，锂离子电池行业作为新能源领域的重要组成部分，受到各界的瞩目，同时以其质量比容量高，循环性能好，寿命长，高低温性能好，工作电压高，安全性好，无记忆性，环境友好等优点，迅速成为手机、电脑、数码照相机、摄像机、PDA等电子产品的主要驱动电源。近年来，动力电源成为锂离子电池的新发展方向。随着电动汽车、混合动力汽车的发展，锂离子电池在动力电源方面展示它更强的优势。

目前锂离子蓄电池的生产已初具规模，但是在生产过程中也面临着一些质量问题，如气胀，微短路等，特别是电池在化成阶段产生气体和储存阶段以及循环过程中发生气胀更是一个较为复杂的难题。化成过程是锂离子电池首次充电行为，对整个电池的电化学性能有极为重要的影响，化成过程中发生的电化学反应非常复杂，目前很难区分哪个阶段对应哪些反应，但其统一的外在表现为不可避免地产生一定的气体，电池内压发生变化；电池的循环寿命是锂离子电池的一项重要指标，电池在长期循环过程中必然会产生气体，造成电池内压增大，电池发生异常鼓胀甚至爆炸。所以，电池在化成阶段和储存阶段以及循环过程中产气严重制约了工业生产的成品率，电池的产气研究是电池的安全和失效研究的重要指标之一。为了降低锂离子电池在化成过程、循环和存储过程中的产气，需要对锂离子电池的产气机理进行深入的研究，通过研究电池在不同阶段的产气情况，从而寻求针对性的解决办法来降低电池的产气，从而制备出高效、安全的锂离子电池。

但是目前对于锂离子电池化成阶段和储存阶段中产生的气体收集非常困难，而圆柱形电池的产气量和产气成分进行测试往往通过不同的装置分别进行测试，无法同时实现圆柱形电池的产气量和产气成分进行测试，使分析过程变得复杂甚至无法得到准确的结果。

发明内容

为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种圆柱形电池内部产气分析的方法及装置。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种圆柱形电池内部产气分析的方法，包括如下步骤：

提供圆柱形电池，所述圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；

将所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接，所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述圆柱形电池；在所述盖帽上打孔；得到待测圆柱形电池；

提供密封容器，所述密封容器上开设有采气孔，所述采气孔处连接有采气咀；

将待测圆柱形电池使用所述密封容器进行封装，且所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器；对该密封容器抽真空；

提供盛有液体的容器，将所述容器放置在称重仪器的载物台上，将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m0；

对所述待测圆柱形电池进行产气测试后，将上述封装后的待测圆柱形电池再次浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m1；

计算待测圆柱形电池的产气量V，其中，计算公式为：V＝(m1–m0)/ρ，ρ为所述液体的密度；

从采气咀中收集气体，在分析仪器上对收集的气体进行测试分析，得出待测圆柱形电池产气的气体成分。

进一步地，正极耳的一端连接正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端连接负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上，所述正极外接极耳和负极外接极耳分别露出于所述圆柱形电池的两端。

进一步地，所述打孔处理形成的孔洞直径为0.5-2mm；所述密封容器为铝塑膜；所述产气测试为化成、分容、加热、过充或过放测试。

进一步地，所述液体为去离子水或超纯水；所述分析仪器为气相色谱质谱仪；所述称重仪器为分析天平。

进一步地，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体；所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件。

本发明还提供一种圆柱形电池内部产气分析的装置，包括：

待测圆柱形电池，所述待测圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接；所述盖帽上设有孔洞；

密封容器，用于封装所述待测圆柱形电池,且所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器;

采气咀，与所述密封容器相通，用于抽取所述密封容器内的气体；

抽真空装置，用于抽取所述密封容器内的空气；

盛有液体的容器，用于将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中；

称重仪器；

分析仪器，用于分析圆柱形电池内部产气的气体成分。

进一步地，正极耳的一端连接正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端连接负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上。

进一步地，所述密封容器上开设有采气孔，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体；所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件。

进一步地，所述孔洞直径为0.5-2mm；所述密封容器为铝塑膜；所述分析仪器为气相色谱质谱仪；所述称重仪器为分析天平。

进一步地，所述抽真空装置包括真空泵和真空管，所述真空管的一端连接于所述真空泵，另一端通过针管与连接于所述采气咀。

本发明具有如下有益效果：

本发明中，将待测圆柱形电池使用所述密封容器进行封装，将产气测试过程中电池内部产生的气体通过盖板上打孔处理形成的孔洞引导到密封容器中，一方面，通过监测封装后的待测圆柱形电池在产气测试前后的质量变化，简易、快捷测量圆柱形电池在不同状态下的产气量；另一方面，通过采气咀抽取密封容器内的气体，用分析仪器测定气体的组成。本发明的方法简单，易于操作，且能够快速准确地对圆柱形电池的产气量和产气成分进行测试，可靠性高。

本发明中，密封容器与采气咀连通，通过采气咀抽取密封容器内的气体，可以在充放电及其他测试过程中的产气进行实时收集，以方便检测。

本发明中，可以实现圆柱形电池在产气测试中与环境完全隔绝，外界杂质干扰小，可便捷的收集圆柱形电池产生的气体，避免混入杂质气体，能够准确检测产气的成分，进而提高产气分析结果与实时的真实度，有助于实现对圆柱形电池的产气进行研究，解决圆柱形电池的实际产气问题。

附图说明

图1是本发明提供的待测圆柱形电池的示意图；

图2是本发明提供的经密封容器封装后的待测圆柱形电池的示意图。

图中：1、圆柱形电池，2，孔洞，3、正极外接极耳，4、负极外接极耳，5、密封容器，6、采气咀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

第一方面，本发明提供一种圆柱形电池内部产气分析的方法，包括如下步骤：

S1.提供圆柱形电池，所述圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；

S2.将所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接，所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述圆柱形电池；在所述盖帽上打孔；得到待测圆柱形电池；

更具体地，所述电芯由正极片、隔膜和负极片卷绕而成；所述正极片上设有正极耳，所述负极片上设有负极耳，所述正极耳和负极耳分别露出于所述电芯的两端；正极耳的一端焊接于正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端焊接于负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上，所述正极外接极耳和负极外接极耳分别露出于所述圆柱形电池的两端。

需要说明的是，焊接前需要对正极片和负极片轻微打磨，以便于极耳的焊接。通过调整激光焊枪的功率、离焦量、速度等参数，找到合适的激光强度，从而将正极外接极耳点焊在盖板上，将负极外接极耳点焊在壳体上。注意：激光强度太强，会损害到电池内部的极片；太弱又会导致外接极耳与正负极断路。

可以理解，也可以用高温胶将负极外接极耳直接固定在圆柱形电池的壳体上。

本发明中，在所述盖帽上打孔，以便在盖帽上形成孔洞，从而可以在测试过程中将电池内部产生的气体引导出来，通过外包密封容器收集，进而测试得到产气量。

在所述盖帽上形成的孔洞大小不宜过大，若所述孔洞过大，则在测试过程中会有漏液的可能，进而影响测试的准确性。鉴于此，优选的，所述打孔处理形成的孔洞直径为0.5-2mm。

本发明中，所述正极耳和负极耳分别露出于所述电芯的两端，所述正极外接极耳和负极外接极耳分别露出于所述圆柱形电池的两端，能够有效防止短路。

S3.提供密封容器，所述密封容器上开设有采气孔，所述采气孔处连接有采气咀；

其中，所述密封容器优选为铝塑膜，本实施例的密封容器包括但不限于前面所列举的材料，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他材料。

本发明对密封容器的大小不作具体限定，只要能够实现将待测圆柱形电池包裹住即可。

所述采气孔的直径优选但不限定为8-10mm。

优选地，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀具有中空通道，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体。本发明中，通过采气咀抽取密封容器内的气体，可以在充放电及其他测试过程中的产气进行实时收集，以方便检测。

本发明中，采气咀在安装过程中一定要确保密封，否则在测量过程中密封容器内部容易引人去离子水，而盖帽因有孔洞，从而导致去离子水的进入而影响测试。因此，本发明中所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件，这样既能保证密封效果，同时又方便于气体的采集。

S4.将待测圆柱形电池使用所述密封容器进行封装，且所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器；对该密封容器抽真空；

采用密封容器对待测圆柱形电池进行封装处理，将圆柱形电池密封包覆，隔绝外界水氧渗入所述密封容器内，封装后的待测圆柱形电池如图2所示。

在抽真空过程中，主要是通过真空泵连接一根针管，通过采气咀进行抽真空处理，为了降低测试干扰，可以进行多次抽真空。

通过抽真空，排除制备过程中密封容器内空气对测试过程中产生的气体干扰。

本发明中，所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器，从而在密封容器封装后引出正负极接口，用于电池的不同阶段产气测试。

S5.提供盛有液体的容器，将所述容器放置在称重仪器的载物台上，将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m0；

所述称重仪器优选为分析天平，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他能够进行称重的仪器。

所述液体为去离子水或超纯水，从而避免在测试过程中因水中有离子从而造成电池的微短路。

S6.对所述待测圆柱形电池进行产气测试后，将上述封装后的待测圆柱形电池再次浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m1；

其中，所述产气测试为化成、分容、加热、过充或过放测试，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他可能产气的测试。

S7.计算待测圆柱形电池的产气量V，其中，计算公式为：V＝(m1–m0)/ρ，ρ为所述液体的密度；

S8.从采气咀中收集气体，在分析仪器上对收集的气体进行测试分析，得出待测圆柱形电池产气的气体成分。

所述分析仪器优选为气相色谱质谱仪，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的能够对气体进行测试分析的分析仪器。

第二方面，本发明提供一种圆柱形电池内部产气分析的装置，包括待测圆柱形电池、密封容器、采气咀、抽真空装置、称重仪器和分析仪器。

参阅图1，所述待测圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接，所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述待测圆柱形电池；所述盖帽上设有孔洞；

作为优选，正极耳的一端连接正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端连接负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上。

可以理解，也可以用高温胶将负极外接极耳直接固定在圆柱形电池的壳体上。

在所述盖帽上的孔洞大小不宜过大，若所述孔洞过大，则在测试过程中会有漏液的可能，进而影响测试的准确性。鉴于此，优选的，所述打孔处理形成的孔洞直径为0.5-2mm。

所述密封容器用于封装所述待测圆柱形电池。

所述密封容器优选为铝塑膜，本实施例的密封容器包括但不限于前面所列举的材料，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他材料。

本发明对密封容器的大小不作具体限定，只要能够实现将待测圆柱形电池包裹住即可。

所述采气咀与所述密封容器相通，用于抽取所述密封容器内的气体。

优选地，所述密封容器上设有采气孔，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀具有中空通道，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体。本发明中，通过采气咀抽取密封容器内的气体，可以在充放电及其他测试过程中的产气进行实时收集，以方便检测。

本发明中所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件，这样既能保证密封效果，同时又方便于气体的采集。

所述抽真空装置用于抽取所述密封容器内的空气。作为优选，所述抽真空装置，包括真空泵和真空管，所述真空管的一端连接于所述真空泵，另一端通过针管与连接于所述采气咀。

本发明中，主要是通过真空泵连接一根针管，通过采气咀进行抽真空处理，为了降低测试干扰，可以进行多次抽真空。

盛有液体的容器用于将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中。

所述称重仪器优选为分析天平，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他能够进行称重的仪器。

所述分析仪器用于分析圆柱形电池内部产气的气体成分。所述分析仪器优选为气相色谱质谱仪，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的能够对气体进行测试分析的分析仪器。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱形电池内部产气分析的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

提供圆柱形电池，所述圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；

将所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接，所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述圆柱形电池；在所述盖帽上打孔；得到待测圆柱形电池；

提供密封容器，所述密封容器上开设有采气孔，所述采气孔处连接有采气咀；

将待测圆柱形电池使用所述密封容器进行封装，且所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器；对该密封容器抽真空；

提供盛有液体的容器，将所述容器放置在称重仪器的载物台上，将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m0；

对所述待测圆柱形电池进行产气测试后，将上述封装后的待测圆柱形电池再次浸入所述液体中，将所述称重仪器称得的质量记录为m1；

计算待测圆柱形电池的产气量V，其中，计算公式为：V＝(m1–m0)/ρ，ρ为所述液体的密度；

从采气咀中收集气体，在分析仪器上对收集的气体进行测试分析，得出待测圆柱形电池产气的气体成分。

2.如权利要求1所述的圆柱形电池内部产气分析的方法，其特征在于，正极耳的一端连接正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端连接负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上，所述正极外接极耳和负极外接极耳分别露出于所述圆柱形电池的两端。

3.如权利要求1所述的圆柱形电池内部产气分析的方法，其特征在于，所述打孔处理形成的孔洞直径为0.5-2mm；所述密封容器为铝塑膜；所述产气测试为化成、分容、加热、过充或过放测试。

4.如权利要求1所述的圆柱形电池内部产气分析的方法，其特征在于，所述分析仪器为气相色谱质谱仪；所述称重仪器为分析天平；所述液体为去离子水或超纯水。

5.如权利要求1所述的圆柱形电池内部产气分析的方法，其特征在于，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀具有中空通道，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体；所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件。

6.一种圆柱形电池内部产气分析的装置，其特征在于，其包括：

待测圆柱形电池，所述待测圆柱形电池包括壳体、装于壳体内的电芯、和用于密封所述壳体的盖帽；所述电芯包括带有正极耳的正极片和带有负极耳的负极片；所述正极耳与正极外接极耳连接，所述负极耳与负极外接极耳连接；所述盖帽上设有孔洞；

密封容器，用于封装所述待测圆柱形电池，且所述正极外接极耳和负极外接极耳均外露于所述密封容器;

采气咀，与所述密封容器相通，用于抽取所述密封容器内的气体；

抽真空装置，用于抽取所述密封容器内的空气；

盛有液体的容器，用于将封装后的待测圆柱形电池浸入所述液体中；

称重仪器；

分析仪器，用于分析圆柱形电池内部产气的气体成分。

7.如权利要求6所述的圆柱形电池内部产气分析的装置，其特征在于，所述正极耳的一端连接正极片，另一端焊接于所述盖帽上，正极外接极耳激光焊接于所述盖帽上；负极耳的一端连接负极片，另一端焊接于壳体内壁上，负极外接极耳激光焊接于所述壳体外壁上。

8.如权利要求6所述的圆柱形电池内部产气分析的装置，其特征在于，所述密封容器上开设有采气孔，所述采气孔处设有螺母固定的采气咀，所述采气咀与密封容器内腔相通，采气咀中安装有气密性垫片，取样针穿过所述气密性垫片从密封容器中抽取出气体；所述采气孔处配备有与其相密封的橡胶密封件。

9.如权利要求6所述的圆柱形电池内部产气分析的装置，其特征在于，所述孔洞直径为0.5-2mm；所述密封容器为铝塑膜；所述分析仪器为气相色谱质谱仪；所述称重仪器为分析天平。

10.如权利要求6所述的圆柱形电池内部产气分析的装置，其特征在于，所述抽真空装置包括真空泵和真空管，所述真空管的一端连接于所述真空泵，另一端通过针管与连接于所述采气咀。