CN110212209A - 一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法 - Google Patents

一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法。该测试系统包括电性能测试系统和设置于手套箱内的测试装置;测试装置包括相配合的恒温恒压系统和热电池装配系统;恒温恒压系统包括具有间隙的第一加热炉盘和第二加热炉盘;第一加热炉盘与压力机连接,且第一加热炉盘和第二加热炉盘之间设置有热电池装配系统;热电池装配系统包括位于第一加热炉盘和第二加热炉盘之间,且与电性能测试系统的导电夹具;导电夹具内设置有热电池。本发明的单体热电池放电系统及测试方法,克服了现有单体热电池放电测试系统的诸多不足,可以快速激活热电池,具备较为理想的单体热电池放电条件,可以极大的提高单体热电池放电的一致性。

Description

一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法
技术领域
本发明属于热电池技术领域,具体涉及一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法。
背景技术
热电池是化学电源的一种,是靠加热激活的一次电池,它的电解质是熔盐,常温下是固体,不导电,使用时通过加热使熔盐熔化成离子导体,电池被激活开始放电。由于热电池的电解质在常温下为固态,几乎不存在自放电现象,热电池具有很长储存时间,可达20年。熔融的电解质具有很高的导电率,所以热电池可以在大电流密度下放电。热电池因其可靠性高、储存寿命长和抗冲击能力强等优点而广泛应用在武器装备中。热电池单体电池主要由正极、EB和负极材料组成,其中正极材料主要有FeS2和CoS2粉体材料,EB由电解质E(LiCl-KCl和LiCl-LiF-LiBr材料)和流动抑制剂MgO组成的粉体材料,负极主要有LiSi合金粉体材料和LiB合金片。在热电池制备过程中,首先将正极、EB和负极材料逐层平铺在模具中,然后通过液压机压制成型,制备单体热电池。
当前单体热电池电性能测试主要是通过加热设备将单体热电池加热,使其温度超过电解质熔点,电解质融化,进而使电池具备输出能力。目前单体热电池加热主要有两种方式,一种是上下炉盘加压加热,该方法炉盘与电池导电夹具直接接触并施加压力,具备单体热电池激活快,测试效率高的优点,但是该测试设备压力不可控,同时有的设备在空气中直接使用,无法排除氧气对测试结果的影响,测试结果会产生一定的偏差;另一种方法是炉体(管式炉、高温炉)加热,首先将电池放在测试模具中,然后放到炉体中加热,该测试方法的优点就是可以惰性气体保护,避免电极材料被氧化,但该测试方法压力不可以调节,并且激活时间较长,更换模具周期长,测试效率较低,另外,如果该测试方法管式炉不放在干燥间(控制环境湿度)中进行,则空气中的水蒸气会在装配过程中与电池负极材料LiSi或LiB发生反应,对测试结果产生影响。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供一种恒温恒压式热电池电性能测试系统及其测试方法,克服了现有单体热电池放电测试系统的诸多不足,可以极大的提高单体热电池放电的一致性,对热电池材料研究具有重要的指导意义,同时也可以形成材料质量鉴定的有效工具。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种恒温恒压式热电池电性能测试系统,包括电性能测试系统和设置于手套箱内的测试装置;测试装置包括相配合的恒温恒压系统和热电池装配系统;
恒温恒压系统包括具有间隙的第一加热炉盘和第二加热炉盘;第一加热炉盘与压力机连接,且第一加热炉盘和第二加热炉盘之间设置有热电池装配系统;
热电池装配系统包括位于第一加热炉盘和第二加热炉盘之间,且与电性能测试系统的导电夹具;导电夹具内设置有热电池。
进一步地,测试装置还包括保温炉体;压力机穿过保温炉体,与设置于其内的恒温恒压系统连接。
进一步地,第一加热炉盘滑动设置于保温炉体内,其与压力机之间由上至下依次层叠有滑动设置于保温炉体内的第一不锈钢支座和第一保温层;压力机穿过第一不锈钢支座和第一保温层,与第一加热炉盘连接。
进一步地,压力机为电动压机。
进一步地,保温炉体内底部设置有至少三根相互独立的弹簧;第二加热炉盘与弹簧之间由上至下依次设置有第二保温层和第二不锈钢支座。
进一步地,第一加热炉盘和第二加热炉盘与导电夹具之间均设置有绝缘层。
进一步地,绝缘层为陶瓷绝缘层。
进一步地,导电夹具穿过保温炉体,并通过电连接器与电性能测试系统连接。
进一步地,导电夹具的材质为铜。
进一步地,导电夹具两相对面上分别相对设置有不锈钢夹片和用于放置热电池的不锈钢固定基座。
进一步地,电连接器为J30J-15TJL电连接器插座,与电性能测试系统中的J30J-15ZKP插座进行连接。
进一步地,电性能测试系统为Arbin BT-ML放电设备,其电压范围为0V-40V,电压测试精度为+/-0.05%FSR(满量程);电流范围为0A-30A,电流测试精度为+/-0.05%FSR(满量程)。
采用上述测试系统进行热电池电性能测试的方法,包括以下步骤:
(1)运行手套箱,以氩气作为保护气,使手套箱中氧含量≤1ppm,水含量≤1ppm,温度≤40℃(由工业空调控制);
(2)开启恒温恒压系统,以10~15℃/min的速率升温至500℃,然后将装配好的单体热电池装配系统置于恒温恒压系统中,开启压力机,加压至压力为30~300N;再开启电性能测试系统,于100~120mA/cm2电流密度的条件下进行电性能测试即可。
进一步地,步骤(2)中升温速率为10~15℃/min。
本发明的有益效果为:
1、将单体电池放在手套箱中放电,可以为单体热电池提供惰性气体保护,避免电极材料被氧化,同时,恒温恒压系统可以为单体热电池提供恒温恒压的工作条件,减小压力、温度因素对单体热电池电性能测试的影响。
2、不锈钢夹片、不锈钢固定基座直接与热电池接触,用于固定热电池,而该不锈钢夹片、不锈钢固定基座便于拆卸清洗,同时还可防止导电夹具被单体热电池污染、腐蚀。
3、热电池装配系统具有固定电池和传导电流的作用,能实现单体热电池电性能的连续测试,且其能随时拆卸更换,可有效的提升装置的测试效率。
4、本发明的单体热电池放电系统及测试方法,克服了现有单体热电池放电测试系统的诸多不足,惰性气氛保护可以防止电池在高温放电时电极材料被氧化,该系统可以为单体热电池提供恒压、恒温的工作条件,上下炉盘的加热方式可以快速激活热电池,具备较为理想的单体热电池放电条件,可以极大的提高单体热电池放电的一致性,对热电池材料研究具有重要的指导意义,同时也可以形成材料质量鉴定的有效工具。
附图说明
图1为本装置的结构示意图;
图2为单体热电池放电测试数据检测图。
其中,1、压力机;2、保温炉体;3、第一不锈钢支座;4、第一保温层;5、第一加热炉盘;6、绝缘层;7、不锈钢夹片;8、热电池;9、不锈钢固定基座;10、导电夹具;11、电连接器;12、第二保温层;13、第二不锈钢支座;14、弹簧;15、第二加热炉盘。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
如图1所示,该恒温恒压式热电池电性能测试系统,包括电性能测试系统和设置于手套箱内的测试装置,该电性能测试系统优选为Arbin BT-ML放电设备,其电压范围为0V-40V,电压测试精度为+/-0.05%FSR(满量程);电流范围为0A-30A,电流测试精度为+/-0.05%FSR(满量程)。
如图1所示,该测试装置包括保温炉体2,在保温炉体2内设置有恒温恒压系统,同时,在保温炉体2外顶部固定有穿过保温炉体2,并与恒温恒压系统连接的压力机1,优选压力机1为电动压机。
如图1所示,该恒温恒压系统包括设置于保温炉体2内,且具有间隙的第一加热炉盘5和第二加热炉盘15,其中,第一加热炉盘5滑动设置于保温炉体2内,并在第一加热炉盘5上由下至上依次层叠有第一保温层4和第一不锈钢支座3,压力机1穿过第一保温层4和第一不锈钢支座3与第一加热炉盘5连接,由此,第一加热炉盘5即可在压力机1的带动下,沿纵向方向进行上下移动。
如图1所示,在保温炉体2的内底部还设置有至少三根相互独立的弹簧14,并在弹簧14上沿由下至上的方向固定设置有第二不锈钢支座13、第二保温层12,以及第二加热炉盘15。
如图1所示,在第一加热炉盘5和第二加热炉盘15的相对面上均设置有绝缘层6,优选绝缘层6为陶瓷绝缘层。
如图1所示,在绝缘层6之间插入有穿过保温炉体2的热电池装配系统,其包括插入至绝缘层6之间的导电夹具10,优选其材质为铜。
如图1所示,导电夹具10具有上夹片和下夹片,在其插入保温炉体2的一端两相对面上,相对设置有不锈钢夹片7和不锈钢固定基座9,即不锈钢夹片7可拆卸设置于上夹片或下夹片上,不锈钢固定基座9也可以可拆卸设置于上夹片或下夹片上。
如图1所示,不锈钢夹片7和不锈钢固定基座9的可拆卸设置方式为,在下夹片上开有一用于放置不锈钢固定基座9的凹槽,然后将热电池8放置于不锈钢固定基座9内,再在热电池8上放置不锈钢夹片7,不锈钢夹片7与上夹片之间不具备任何连接关系。
如图1所示,在不锈钢固定基座9上开有用于放置热电池8的凹槽,同时,导电夹具10的另一端通过导线与设置于手套箱内壁上的电连接器11连接,优选电连接器11为J30J-15TJL电连接器插座,然后电连接器11再与电性能测试系统中的J30J-15ZKP插座进行连接。
采用上述测试系统进行热电池电性能测试的方法,包括以下步骤:
(1)制备单体热电池
单体热电池包括石墨纸、负极材料、隔膜材料,以及正极材料;
负极材料:LiSi合金
隔膜材料:二元电解质LiCl-KCl与MgO混合物,比例为LiCl-KCl:MgO=5:5;LiCl-KCl,按重量百分比,LiCl(44.8%),KCl(55.2%)。
正极材料:FeS2、Li2O和电解质LiCl-KCl的混合物,比例为FeS2:Li2O:LiCl-KCl=80:3:17。
在φ30mm的单体电池磨具内,将正极、EB和负极材料逐层平铺在模具中,然后通过液压机压制成型,制备单体热电池,一共制备三个单体热电池;
(2)运行手套箱(氩气作为保护气),手套箱中氧含量≤1ppm,水含量≤1ppm,开启工业空调,并保证温度不超过40℃;
(3)将步骤(1)制备得到的单体热电池装配于热电池装配系统中,然后开启恒温恒压系统,升温至500℃,再将热电池装配系统置于恒温恒压系统中,开启压力机,加压压力为30N;将J30J-15TJL电连接器插座插座与单体热电池电性能测试系统的J30J-15ZKP插座相连接,设置好放电程序,在103mA/cm2电流密度条件下进行电性能测试,测试曲线如图2所示。
通过图2可以看出,三个单体热电池具有相同的放电平台,选取1.5V为放电截止电压,a、b、c三个单体热电池的放电容量分别为0.147Ah、0.143Ah和0.139Ah,a、c单体热电池之间的测试误差为5.7%。

Claims (9)

1.一种恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,包括电性能测试系统和设置于手套箱内的测试装置;所述测试装置包括相配合的恒温恒压系统和热电池装配系统;
所述恒温恒压系统包括具有间隙的第一加热炉盘和第二加热炉盘;所述第一加热炉盘与压力机连接,且第一加热炉盘和第二加热炉盘之间设置有热电池装配系统;
所述热电池装配系统包括位于第一加热炉盘和第二加热炉盘之间,且与电性能测试系统电连接的导电夹具;所述导电夹具内设置有热电池。
2.根据权利要求1所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述测试装置还包括保温炉体;所述压力机穿过保温炉体,与设置于其内的恒温恒压系统连接。
3.根据权利要求2所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述第一加热炉盘滑动设置于保温炉体内,其与压力机之间由上至下依次层叠有滑动设置于保温炉体内的第一不锈钢支座和第一保温层;所述压力机穿过第一不锈钢支座和第一保温层,与第一加热炉盘连接。
4.根据权利要求2所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述保温炉体内底部设置有至少三根相互独立的弹簧;所述第二加热炉盘与弹簧之间由上至下依次设置有第二保温层和第二不锈钢支座。
5.根据权利要求1所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述第一加热炉盘和第二加热炉盘与导电夹具之间均设置有绝缘层。
6.根据权利要求1所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述导电夹具穿过保温炉体,并通过电连接器与电性能测试系统连接。
7.根据权利要求1或6所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述导电夹具两相对面上分别相对设置有不锈钢夹片和用于放置热电池的不锈钢固定基座。
8.根据权利要求6所述的恒温恒压式热电池电性能测试系统,其特征在于,所述电性能测试系统的型号为Arbin BT-ML。
9.采用权利要求1~8任一项所述测试系统进行热电池电性能测试的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)运行手套箱,以氩气作为保护气,使手套箱中氧含量≤1ppm,水含量≤1ppm,温度≤40℃;
(2)开启恒温恒压系统,以10~15℃/min的速率升温至500℃,然后将装配好的单体热电池装配系统置于恒温恒压系统中,开启压力机,加压至压力为30~300N;再开启电性能测试系统,于100~120mA/cm2电流密度的条件下进行电性能测试即可。
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