CN110954493B - 一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，包括上壳体、下壳体，以及位于上壳体和下壳体之间的压力调节机构、电池模块、多孔绝缘膜、胶圈和垫片，所述下壳体设有第一凹槽和第二凹槽，所述胶圈置于第一凹槽中，所述垫片置于第二凹槽中，所述电池模块置于垫片上，所述压力调节机构置于电池模块上，所述上壳体置于所述压力调节机构上，所述上壳体和下壳体通过绝缘螺钉连接固定。本发明所述的模拟电池装置通过与质谱仪或红外光谱仪等联用，从而实现对固态电池在充放电过程中产气问题的原位研究。本发明装置电极腔室小，可保持较高真空度，响应时间快，且可满足电池运行时不同温度要求。
Description
技术领域
本发明属于固态电池领域，尤其涉及一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置。
背景技术
电池作为环保清洁能源，是最有前景的先进储能技术。为了达到《中国制造2025》中对动力电池提出的2030年要求达到500 Wh/kg的需求，固态电池以其高能量密度和高安全性受到广泛关注并展开研究。现阶段，固态电池仍处于蓬勃发展阶段，亟待解决的问题众多，包括固态电池中显著的材料和界面稳定性问题等。其中固态电池是否产气以及对其产气机理进行研究近年逐渐开始受到关注，但相关的论文研究仍较少，开发合适的方法用于固态电池中产气问题的研究有助于剖析固态电池中材料和界面的稳定性等问题，以最终实现固态电池研发和性能优化的目标。与非原位气体测试方法相比，原位气体检测有其独特的优点，可以在不损伤电池外壳气密性的条件下，通过实时监测电池中的产气行为，实现电池在长循环过程中与电位相关的电化学反应机理的研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，通过与质谱仪或红外光谱仪等联用，从而实现对固态电池在充放电过程中的产气问题的原位研究。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，其特征在于，包括上壳体、下壳体，以及位于上壳体和下壳体之间的压力调节机构、电池模块、多孔绝缘膜、胶圈和垫片，所述下壳体设有第一凹槽和第二凹槽，所述胶圈置于第一凹槽中，所述垫片置于第二凹槽中，所述电池模块置于垫片上，所述压力调节机构置于电池模块上，所述上壳体置于所述压力调节机构上，所述上壳体和下壳体通过绝缘螺钉连接固定。
进一步地，所述压力调节机构包括垫片a、弹簧和垫片b。
进一步地，所述上壳体与压力调节机构接触处设有气体扩散通道，所述气体扩散通道的尺寸可调整；所述上壳体还设有气体出口，所述气体出口与所述气体扩散通道相连，所述气体出口可连接于联用仪进样口。
进一步地，所述上壳体和下壳体材质为耐有机物腐蚀材料，如不锈钢、peek材料，且设有正负极引线端，用于连接充放电仪。
进一步地，所述多孔绝缘膜为绝缘材料，包裹在所述电池模块四周。
进一步地，所述压力调节机构、垫片的材质为耐腐蚀导电材料，且尺寸可根据电池模块大小进行调控。
进一步地，所述电池模块包括正极片、固态电解质和负极片。
进一步地，所述气体出口与联用仪进样口连接处设有冷肼装置，用于过滤电池模块产生的挥发性污染物。
进一步地，所述模拟电池装置可加热。
相对于现有技术，本发明所述的用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置具有以下优势：
本发明所述的用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置采用压力调节机构，可适时调节压力，保证电池正常工作；此外，采用多孔绝缘膜包覆电池四周，避免短路的同时有利于产生的气体逸出。本发明装置电极腔室小，可保持较高真空度，响应时间快，且可满足电池运行时不同温度要求，实现固态电池中原位产气问题的长时间研究。
附图说明
图1 为本发明实施例所述的模拟电池装置的示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图2中A-A的剖视示意图；
图4 为图3的放大示意图；
图5为本发明实施例固态电池原位产气结果。
附图标记说明：
1-上壳体；2-下壳体；3-气体扩散通道；4-胶圈；5-固定螺钉；6-垫片；7-多孔绝缘膜；8-电池模块；9-压力调节机构；901-垫片a；902-弹簧；903-垫片b；10-气体出口；11-正负极引线端；12-第一凹槽；13-第二凹槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本说明。
如图1~2所示，一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，包括上壳体1、下壳体2，所述上壳体1和下壳体2设有正负极引线端11。
在本实施例中，如图3~4所示，所述上壳体1和上壳体2之间还依次设有压力调节机构9、电池模块8、多孔绝缘膜7、胶圈4和垫片6，所述下壳体设有第一凹槽12、第二凹槽13，所述胶圈4置于第一凹槽12中，所述垫片6置于第二凹槽13中，所述电池模块8置于所述垫片6上，所述压力调节机构9置于所述电池模块8上，所述上壳体1置于所述压力调节机构9上，所述上壳体1和下壳体2通过绝缘螺钉5连接固定。
在本实施例中，所述压力调节机构包括垫片a 901、弹簧902和垫片b 903，所述上壳体1与压力调节机构9接触处设有气体扩散通道3，所述气体扩散通道3的尺寸可调整；所述上壳体1还设有气体出口10，所述气体出口10与所述气体扩散通道3相连，所述气体出口10可连接于联用仪进样口。
本实施例中，所述上壳体1和下壳体2材质为耐有机物腐蚀材料，如不锈钢、peek材料，且设有正负极引线端11，用于连接充放电仪；所述电池模块8包括正极片、固态电解质和负极片；所述多孔绝缘膜7为绝缘材料，包裹在所述电池模块8四周，避免电极或电解质泄漏导致短路，同时有利于气体逸出；所述压力调节机构9、垫片6的材质为耐腐蚀导电材料，且尺寸可根据电池模块8大小进行调控。
本实施例中，所述气体出口10与联用仪进样口连接处设有冷肼装置，用于过滤电池模块8产生的挥发性污染物。
本实施例的用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置可加热。
本发明的具体工作流程如下：
将胶圈和垫片分别置于下壳体的第一凹槽和第二凹槽中，将多孔绝缘膜包裹四周的固态电池（正极片为LiMn2O4，负极片为金属锂，固态电解质为PEO基固态电解质）置于垫片上，将压力调节机构置于固态电池上，将上壳体置于压力调节机构上，并通过绝缘螺钉将上壳体和下壳体进行固定连接。将上壳体、下壳体的正负极引线端连接蓝电系统，将上壳体的气体出口连接联用仪（电化学微分质谱DEMS）进样口，且在连接处设置冷肼装置过滤杂质。固态电池在循环第一二周、第三四周和第五六周的充放电截止电压分别为3-4.2 V、3-4.5V和3-4.8 V。该固态电池的原位产气结果如图5所示。结果表明电池在前四周可正常循环，且不产生气体，当第五周充电至4.65 V时，电池无法继续正常充电，且产生CO、CO2和CH4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，其特征在于，包括上壳体、下壳体，以及位于上壳体和下壳体之间的压力调节机构、电池模块、多孔绝缘膜、胶圈和垫片，所述下壳体设有第一凹槽和第二凹槽，所述胶圈置于第一凹槽中，所述垫片置于第二凹槽中，所述电池模块置于垫片上，所述压力调节机构置于电池模块上，所述上壳体置于所述压力调节机构上，所述上壳体和下壳体通过绝缘螺钉连接固定；
所述压力调节机构包括自上而下设置的垫片a、弹簧和垫片b，用于适时调节对所述电池模块的压力；
所述上壳体与压力调节机构接触处设有气体扩散通道；
所述多孔绝缘膜为绝缘材料，包裹在所述电池模块四周，用于避免短路同时利于气体逸出；
所述上壳体还设有气体出口，所述气体出口与所述气体扩散通道相连，所述气体出口可连接于联用仪进样口；
所述上壳体和下壳体材质为耐有机物腐蚀材料，且设有正负极引线端，用于连接充放电仪；
所述压力调节机构、垫片的材质为耐腐蚀导电材料，且尺寸可根据电池模块大小进行调控；
所述电池模块包括正极片、固态电解质和负极片。
2.根据权利要求1所述的一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，其特征在于，所述气体出口与联用仪进样口连接处设有冷肼装置，用于过滤电池模块产生的挥发性污染物。
3.根据权利要求1~2任一所述的一种用于原位检测固态电池产气的模拟电池装置，其特征在于，所述模拟电池装置可加热。
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