CN111697280B - 可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和该装置的应用 - Google Patents

可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和该装置的应用 Download PDF

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Abstract

一种可实时监测电极应力变化的电池装置，包括：金属外壳，由上部金属外壳和下部金属外壳组成；空心圆柱绝缘件，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，金属实心圆柱体，设置于下部绝缘空心圆柱体中，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件；金属垫片，设置于电池组件的下方，并通过外接导线与下部金属外壳形成完整的电池回路；薄膜压力传感器，设置于金属垫片的下方，与外界的数据采集器相连接，采集由金属垫片均匀传递的电极应力变化。本发明还提供采用该装置的电池，该装置可作为电池应力检测设备使用，本装置可对多种类型的电池在不同情况下的充放电过程中电极产生的应力变化进行实时、高灵敏度的监控和原位记录。

Description

可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和 该装置的应用
技术领域
本发明属于电池和力学技术领域，特别涉及一种可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和该装置的应用。
背景技术
传统化石能源的不可持续以及带来的环境问题，使得清洁的新能源发展备受瞩目，近几年来成为研究和投资的热点。新能源发展的一个核心问题是能源的存储，诸多的储能方式里电化学储能占据核心地位，得到最广泛的应用和关注。
其中，锂、钠、钾、镁、铝、锌等离子二次电池，全固态电池和凝胶电池均得到了大量的研究，并在不同领域进行了不同程度的应用。
但是这些由不同电极活性材料组成的电池，在充放电过程中，电极材料的反复体积膨胀/收缩会带来电极材料内部应力的变化，从而造成电极材料的破坏和粉化，造成电池失效；也会带来电极和电解质界面的变化，造成SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜的反复形成，从而会造成电池容量的衰减；
对固态电池和凝胶电池来说，也会带来电极和固态电解质或凝胶电解质之间界面接触情况的变化，从而造成电池内阻变大；等等。
因此，研究电极材料在充放电过程中内部应力的变化，对监控电极材料的膨胀/收缩情况，对研究电极材料的工作和失效机理，对电解质和电极的界面、甚至电极与集流体的界面等研究，都是非常有意义的。
目前对电池电极应力的研究工作主要通过搭建光学平台，使用多束激光系统和设计微型应力测试悬臂来进行，这些研究手段都非常的复杂，花费高昂的费用和时间，同时不能对大块电极的应力演变进行表征，与实际应用距离较远。
因此，有必要提供一种简易和高效的电极应力检测设备来对不同的电池和电极体系进行应力的表征，同时可以在宏观尺度对大块电极进行测试和研究。对电池领域的工业生产、研究和电池安全监控领域来说，具有巨大的实际意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的首要目的在于提出一种可实时监测电极应力变化的电池装置，能够适用多种类电池体系；本发明的第二发明目的在于提出采用本发明装置组装的一种电池；本发明的第三发明目的在于提出该装置的应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可实时监测电极应力变化的电池装置，包括：
金属外壳1，由上部金属外壳和下部金属外壳组成；
空心圆柱绝缘件2，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，上部金属外壳连接于上部金属外壳内壁与下部金属外壳外壁之间，作为绝缘连接件连接并绝缘隔离上部金属外壳和下部金属外壳，下部绝缘空心圆柱体设置于下部金属外壳中；
金属实心圆柱体3，设置于下部绝缘空心圆柱体中由下部绝缘空心圆柱实现与下部金属外壳的绝缘隔离，其顶部与上部金属外壳电导通，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件，所述电池组件设置于金属实心圆柱体3下部，自上而下或自下而上至少包括正极极片4、中间件5和负极极片6，其中中间件5为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，最上面的电极极片与金属实心圆柱体3的底部电导通；
金属垫片7，设置于电池组件的下方，与电池组件最下面的电极极片电导通，并通过外接导线与所述下部金属外壳形成完整的电池回路；
薄膜压力传感器8，设置于金属垫片7的下方，与外界的数据采集器相连接，采集由金属垫片7均匀传递的电极应力变化。
优选地，所述上部金属外壳的纵向内壁带有内螺纹，所述下部金属外壳的纵向外壁带有外螺纹，所述上部绝缘空心圆柱体的纵向内外壁分别带有内螺纹和外螺纹，其中上部金属外壳的内螺纹与上部绝缘空心圆柱体的外螺纹配合实现连接，下部金属外壳的外螺纹与上部绝缘空心圆柱体的内螺纹配合实现连接，在所有螺纹拧紧时，满足上部金属外壳压紧金属实心圆柱体3，金属实心圆柱体3压紧电池组件，电池组件压紧金属垫片7，确保电化学反应的高效进行。
优选地，所述薄膜压力传感器8的极尾9通过下部金属外壳的一个微小开口与外界的数据采集器相连接，且开口处经过密封处理。
优选地，所述上部金属外壳、下部金属外壳、金属实心圆柱体3和金属垫片7的材料选自金属导电材料中的至少一种；所述上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体的材料选自有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料、复合绝缘材料中的至少一种。
其中所述金属导电材料优选为铁、铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金和不锈钢合金；所述有机聚合物绝缘材料优选为聚四氟乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙乙烯、环氧树脂、聚甲醛、酚醛树脂、硅橡胶、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺和聚碳酸酯；所述无机绝缘材料优选为碳化硅、氧化铝和二氧化硅中；所述复合绝缘材料优选为环聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料和环氧树脂玻璃纤维增强复合材料。
优选地，所述下部绝缘空心圆柱体的外径与下部金属外壳的内径接近，满足能够置入下部金属外壳且置入后不产生相对位移，所述金属实心圆柱体3的外径与下部绝缘空心圆柱体的内径接近，满足能够置入下部绝缘空心圆柱体且置入后不产生相对位移；所述金属垫片7为圆形，其厚度D满足：50μm≤D≤2000μm，优选100μm≤D≤500μm；直径L满足：L小于等于或相似于下部绝缘空心圆柱体的内径，所述薄膜压力传感器8的尺寸满足平整放入下部金属外壳底部空间，并与电极极片呈平行和直接或间接的紧密接触，所述薄膜压力传感器8的量程R满足：0.01g≤R≤50kg，优选1kg≤R≤5kg。
优选地，所述正极极片4的制备工艺为活性材料浆料涂覆在集流体上或活性材料原位生长在集流体上；所述负极极片6的制备工艺为活性材料浆料涂覆在集流体上或活性材料原位生长在集流体上，或直接采用金属箔电极或复合金属箔电极，所述隔膜的材料选自织造膜、非织造膜、无纺布、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜中的至少一种。
本发明所提供的一种电池，包括正极极片4、中间件5和负极极片6，其中中间件5为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，所述电池采用权利要求1～7中任意一项所述可实时监测电极应力变化的电池装置为外壳和组件进行组装。
所述电池可为锂离子二次电池、钠离子二次电池、钾离子二次电池、镁离子二次电池、铝离子二次电池或锌离子二次电池，或为全固态电池，或为凝胶电池。
所述可实时监测电极应力变化的电池装置可作为电池应力检测的应用，设备可通过在不同电流密度下进行正常和非正常的充放电过程(例如短路)，原位记录对应的电极应力变化数据。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的效果：
本发明提出一种可适用多种类电池体系和实时监测电极应力变化的电池装置，该装置操作简便，能用于组装和测试锂、钠、钾、镁、铝、锌等各类离子二次电池，以及全固态电池或凝胶电池等多类型电池，且电池可以进行良好稳定的充放电过程，同时对电池在充放电循环中电极产生的应力变化进行实时、高灵敏度的监控和原位记录。
目前对电极应力的研究工作主要通过搭建光学平台，使用多束激光系统和设计微型应力测试悬臂来进行，这些研究手段均非常复杂，同时不能对大块电极的应力演变进行表征，与实际应用距离较远。通过本发明中的电极应力检测装备可以简易和高效地对不同的电池和电极体系进行在充放电过程中的应力进行实时的表征，同时可以在宏观尺度对大块电极进行测试和研究。对电池领域的工业生产、研究和电池安全监控领域来说，具有巨大的实际意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的测试装置搭建示意图。
图3为本发明实施例一的电化学性能测试图；其中a为恒电流循环性能图；b为充放电曲线。
图4为本发明实施例一的电极应力随电压变化的测试图；其中a为电极应力随电压变化的测试图；b为该实施例的电极和隔膜结构。
图5为本发明实施例二的电池在短路后电极应力随电压变化的测试图。
图6为本发明实施例三的电极应力随电压变化的测试图；其中a为电极应力随电压变化的测试图；b为该实施例的电极和隔膜结构。
图7为本发明实施例四的电极应力随电压变化的测试图；其中a为电极应力随电压变化的测试图；b为该实施例的电极和固态电解质结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一
参考图1，一种可实时监测电极应力变化的电池装置，包括：
金属外壳1，由上部金属外壳和下部金属外壳组成，本实施例中，金属外壳1的上部金属外壳为正极壳，下部金属外壳为负极壳，当取相反极性时，其余部分的极性做同样的相反处理即可。上部金属外壳的纵向内壁带有内螺纹，下部金属外壳的纵向外壁带有外螺纹。
空心圆柱绝缘件2，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，上部绝缘空心圆柱体的纵向内外壁分别带有内螺纹和外螺纹，上部绝缘空心圆柱体作为绝缘连接件，其外螺纹与上部金属外壳的内螺纹配合实现连接，内螺纹与下部金属外壳的外螺纹配合实现连接，在连接上部金属外壳和下部金属外壳的同时实现二者的绝缘隔离，下部绝缘空心圆柱体设置于下部金属外壳中，下部绝缘空心圆柱体的外径与下部金属外壳的内径接近，能够置入下部金属外壳且置入后不产生相对位移。
金属实心圆柱体3，外径与下部绝缘空心圆柱体的内径接近，满足能够置入下部绝缘空心圆柱体且置入后不产生相对位移，由下部绝缘空心圆柱实现金属实心圆柱体3与下部金属外壳的绝缘隔离，金属实心圆柱体3的顶部与上部金属外壳接触且电导通，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件，本发明中，电池组件设置于金属实心圆柱体3下部，自上而下至少包括正极极片4、中间件5和负极极片6，以及电解液等，其中中间件5可为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，正极极片4与金属实心圆柱体3的底部电导通；在所有螺纹拧紧时，满足上部金属外壳压紧金属实心圆柱体3，金属实心圆柱体3压紧电池组件，电池组件压紧金属垫片7，确保电化学反应的高效进行。
金属垫片7，设置于电池组件的下方，与负极极片6电导通，并通过外接导线与下部金属外壳形成完整的电池回路。
薄膜压力传感器8，设置于金属垫片7的下方，与外界的数据采集器相连接，采集由金属垫片7均匀传递的电极应力变化。
其制备工艺：
按照从下至上的顺利，将金属垫片7整地放在薄膜压力传感器8表面，随后使用一根金属丝连接金属垫片7和负极壳。在金属垫片7表面放上负极极片6，负极极片6采用金属锂箔。然后依次放上中间件5(隔膜Celgard 2400)和正极极片4(钛酸锂浆料涂覆在铝箔集流体上)。选用溶解有1mol/L Li PF6的EC：DEC(体积比为1:1)混合溶液有机电解液，取适量添加入电极与隔膜之间。之后，将下部绝缘空心圆柱体放入负极壳内，并将金属实心圆柱体3插入下部绝缘空心圆柱体内，压在正极极片4上面。最后，将上部绝缘空心圆柱体和正极壳依次拧在负极壳的外螺纹上，通过施加合适的压力使正负极和隔膜紧密地接触在一起，确保电化学反应的正常进行。
参照图2，将本发明装置的正负极接在蓝电电池测试系统的仪器上，对电池进行充放电测试。同时，将薄膜压力传感器8的极尾9接入应力数据采集器上，用来原位记录应力的变化数据。
参照图3，首先对钛酸锂-金属锂电池进行充放电测试，在电流密度为2C的恒流充放电条件下，该电池循环了200圈且没有明显的容量衰减，如图3a所示。参照图3b，可以看出钛酸锂-金属锂电池的可逆充放电容量为～160mAh/g，其充放电平台清晰稳定，符合钛酸锂-金属锂电池电池的理论充放电平台。
参照图4，本实施例中的电极和隔膜结构如图4b所示，将电池测试系统的仪器和应力采集设备的仪器同时打开进行工作，可以看到随着充放电进行，电池的电压不断地上升和下降，证明电池在进行稳定的电化学反应和循环，如图4a所示。同时，薄膜压力传感器8受到压力的变化而产生电阻的变化，该数据被应力采集设备实时地进行了记录。从图中可以看出，两个数据具有高度匹配的同步性：随着充电过程中电压的升高，钛酸锂中的锂从钛酸锂结构中脱出，还原并沉积在负极金属锂箔的表面，金属锂的不断沉积导致金属锂箔负极的体积增加，继而产生增大的应力变化，其准确的对应传感器记录下来的应力增加现象。随着放电过程中电压的下降，其产生相反的应力减少现象，与图中的数据相吻合。通过本发明的装置，可以实时并灵敏的记录下金属锂电极在电池的充放过程中电极的应力变化数据和对应的电池循环电化学数据。
实施例二：
基本结构如实施例一，其制备工艺：
按照从下至上的顺利，将金属垫片7平整地放在薄膜压力传感器8表面，随后使用一根金属丝连接金属垫片和负极壳。在垫片表面放上负极极片6，负极极片6采用金属锂箔，然后依次放上隔膜Celgard 2400和正极极片4(钛酸锂浆料涂覆在铝箔集流体上)。选用溶解有1mol/L Li PF6的EC：DEC(体积比为1:1)混合溶液有机电解液，取适量添加入电极与隔膜之间。之后，将下部绝缘空心圆柱体放入负极壳内，并将金属实心圆柱体3插入下部绝缘空心圆柱体内，压在正极极片4上面。最后，将上部绝缘空心圆柱体和正极壳依次拧在负极壳的外螺纹上，通过施加合适的压力使正负极和隔膜紧密地接触在一起，确保电化学反应的正常进行。
参照图2，将本发明装置的正负极接在蓝电电池测试系统的仪器上，对电池进行充放电测试。同时，将薄膜压力传感器8的极尾9接入应力数据采集器上，用来原位记录应力的变化数据。
参照图5，将电池测试系统的仪器和应力采集设备的仪器同时打开进行工作，随着充放电过程的不断重复，金属锂箔在不断地剥离金属锂和沉积金属锂，这个过程中，一定数量的锂枝晶将在金属锂箔表面形成，当锂枝晶生成到一定程度时，将刺破隔膜，发生电池短路现象。我们通过该装置，精确的记录下电池发生短路时金属锂电极应力的变化。在发生短路现象是，由于正负极相互接触，正负电荷被不断地中和，所以没有明显的金属锂的沉积和剥离过程，参照图5，在充电过程中，发生短路的一瞬间，金属锂电极的应力变化立刻变为零，不再增长，证明了无金属锂沉积和对应的体积膨胀变化。进一步证明本发明的装置对于电极应力测试的灵敏性，并提出一种对于电池安全和电池保护领域的新思路。
实施例三：
基本结构如实施例一，其制备工艺：
按照从下至上的顺利，将金属垫片7平整地放在薄膜压力传感器8表面，随后使用一根金属丝连接金属垫片和负极壳。在垫片表面放上负极极片6(活性负极材料硅浆料分散在铜集流体表面)，然后依次放上中间件5(隔膜Celgard2400)和正极极片4(磷酸铁锂浆料涂覆在铝箔集流体上)。选用溶解有1mol/L Li PF6的EC：DEC(体积比为1:1)混合溶液有机电解液，取适量添加入电极与隔膜之间。之后，将下部绝缘空心圆柱体放入负极壳内，并将金属实心圆柱体3插入下部绝缘空心圆柱体内，压在正极极片4上面。最后，将上部绝缘空心圆柱体和正极壳依次拧在负极壳的外螺纹上，通过施加合适的压力使正负极和隔膜紧密地接触在一起，确保电化学反应的正常进行。
参照图2，将本发明装置的正负极接在蓝电电池测试系统的仪器上，对电池进行充放电测试。同时，将薄膜压力传感器8的极尾9接入应力数据采集器上，用来原位记录应力的变化数据。
参照图6，本实施例中的电极和隔膜结构如图6b所示，将电池测试系统的仪器和应力采集设备的仪器同时打开进行工作，可以看到随着充放电进行，电池的电压不断地上升和下降，证明电池在进行稳定的电化学反应和循环，如图6a所示。同时，压力传感器受到压力的变化而产生电阻的变化，该数据被应力采集设备实时的进行了记录。从图中可以看出，两个数据具有高度匹配的同时性：随着充电过程中电压的升高，磷酸铁锂中的锂从磷酸铁锂结构中脱出，与负极的硅颗粒发生转换反应，形成锂硅合金，金属锂不断地与硅进行合金化导致硅负极的体积急剧增加，继而产生增大的应力变化，其准确的对应传感器记录下来的应力增加现象。随着放电过程中电压的下降，其产生相反的应力减少现象，与图中的数据相吻合。另外，在改变电流密度的情况下(从0.3A/g增加到0.6A/g)，参照图6发现，硅负极的应力变化程度随着电流密度的增加而增加。证明本发明装置的实时性和灵敏性，可以原位记录硅颗粒电极在改变电流密度下充放过程中电极的应力变化数据和对应的电池循环电化学数据。
实施例四：
基本结构如实施例一，其制备工艺：
按照从下至上的顺利，将金属垫片7平整地放在薄膜压力传感器8表面，随后使用一根金属丝连接金属垫片和负极壳。在垫片表面放上负极极片6(活性负极材料硅浆料分散在铜集流体表面)，然后依次放上中间件5(固态电解质LLZTO)和正极极片4(磷酸铁锂浆料涂覆在铝箔集流体上)，不需要电解液。之后，将下部绝缘空心圆柱体放入负极壳内，并将金属实心圆柱体3插入下部绝缘空心圆柱体内，压在正极极片4上面。最后，将上部绝缘空心圆柱体和正极壳依次拧在负极壳的外螺纹上，通过施加合适的压力使正负极和隔膜紧密地接触在一起，确保电化学反应的正常进行。
参照图2，将本发明装置的正负极接在蓝电电池测试系统的仪器上，对电池进行充放电测试。同时，将薄膜压力传感器8的极尾9接入应力数据采集器上，用来原位记录应力的变化数据。
参照图7，本实施例中的电极和固态电解质结构如图7b所示，将电池测试系统的仪器和应力采集设备的仪器同时打开进行工作，可以看到随着充放电进行，电池的电压不断地上升和下降，证明电池在进行稳定的电化学反应和循环，如图7a所示。同时，压力传感器受到压力的变化而产生电阻的变化，该数据被应力采集设备实时的进行了记录。从图中可以看出，两个数据具有高度匹配的同时性：随着充电过程中电压的升高，磷酸铁锂中的锂从磷酸铁锂结构中脱出，与负极的硅颗粒发生转换反应，形成锂硅合金，金属锂不断地与硅进行合金化导致硅负极的体积急剧增加，继而产生增大的应力变化，其准确的对应传感器记录下来的应力增加现象。随着放电过程中电压的下降，其产生相反的应力减少现象，与图中的数据相吻合。证明通过本发明的装置，可以在全固态电池中应用，并实时和灵敏的记录硅颗粒电极在全固态电池中的充放过程中电极的应力变化数据和对应的电池循环电化学数据。
综上，本发明结构简单，操作简便，能用于组装和测试锂、钠、钾、镁、铝、锌等各类离子二次电池，以及全固态电池和凝胶电池等多类型电池。该装置可以对多种类型的电池，在不同情况下(例如改变电流密度、改变电压范围和短路现象)的充放电过程中电极产生的应力变化进行实时、高灵敏度的监控和原位记录，可用于电极材料的充放电过程和失效机理研究。

Claims (10)

1.一种可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，包括：
金属外壳(1)，由上部金属外壳和下部金属外壳组成；
空心圆柱绝缘件(2)，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，上部金属外壳连接于上部金属外壳内壁与下部金属外壳外壁之间，连接并绝缘隔离上部金属外壳和下部金属外壳，下部绝缘空心圆柱体设置于下部金属外壳中；
金属实心圆柱体(3)，设置于下部绝缘空心圆柱体中，由下部绝缘空心圆柱实现与下部金属外壳的绝缘隔离，其顶部与上部金属外壳电导通，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件，所述电池组件设置于金属实心圆柱体(3)下部，自上而下或自下而上至少包括正极极片(4)、中间件(5)和负极极片(6)，其中中间件(5)为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，最上面的电极极片与金属实心圆柱体(3)的底部电导通；
金属垫片(7)，设置于电池组件的下方，与电池组件最下面的电极极片电导通，并通过外接导线与所述下部金属外壳形成完整的电池回路；
薄膜压力传感器(8)，设置于金属垫片(7)的下方，与外界的数据采集器相连接，采集由金属垫片(7)传递的电极应力变化。
2.根据权利要求1所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述上部金属外壳的纵向内壁带有内螺纹，所述下部金属外壳的纵向外壁带有外螺纹，所述上部绝缘空心圆柱体的纵向内外壁分别带有内螺纹和外螺纹，其中上部金属外壳的内螺纹与上部绝缘空心圆柱体的外螺纹配合实现连接，下部金属外壳的外螺纹与上部绝缘空心圆柱体的内螺纹配合实现连接，在所有螺纹拧紧时，满足上部金属外壳压紧金属实心圆柱体(3)，金属实心圆柱体(3)压紧电池组件，电池组件压紧金属垫片(7)。
3.根据权利要求1或2所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器(8)的极尾(9)通过下部金属外壳的一个微小开口与外界的数据采集器相连接，且开口处经过密封处理。
4.根据权利要求1或2所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述上部金属外壳、下部金属外壳、金属实心圆柱体(3)和金属垫片(7)的材料选自金属导电材料中的至少一种；所述上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体的材料选自有机聚合物绝缘材料、无机绝缘材料、复合绝缘材料中的至少一种。
5.根据权利要求4所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述金属导电材料为铁、铝、铜、镍、钛、银、镍铜合金、铝锆合金或不锈钢合金；所述有机聚合物绝缘材料为聚四氟乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙乙烯、环氧树脂、聚甲醛、酚醛树脂、硅橡胶、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺或聚碳酸酯；所述无机绝缘材料为碳化硅、氧化铝或二氧化硅；所述复合绝缘材料为环聚酯树脂玻璃纤维增强复合材料或环氧树脂玻璃纤维增强复合材料。
6.根据权利要求1或2所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述下部绝缘空心圆柱体的外径满足能够置入下部金属外壳且置入后不产生相对位移；所述金属实心圆柱体(3)的外径满足能够置入下部绝缘空心圆柱体且置入后不产生相对位移；所述金属垫片(7)为圆形，其厚度D满足：50μm≤D≤2000μm，直径L满足：L小于等于下部绝缘空心圆柱体的内径；所述薄膜压力传感器(8)的尺寸满足平整放入下部金属外壳底部空间，并与电极极片呈平行或间接的紧密接触，所述薄膜压力传感器(8)的量程R满足：0.01g≤R≤50kg。
7.根据权利要求1或2所述可实时监测电极应力变化的电池装置，其特征在于，所述正极极片(4)的制备工艺为活性材料浆料涂覆在集流体上或活性材料原位生长在集流体上；所述负极极片(6)的制备工艺为活性材料浆料涂覆在集流体上或活性材料原位生长在集流体上，或直接采用金属箔电极或复合金属箔电极，所述隔膜的材料选自织造膜、非织造膜、无纺布、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜中的至少一种。
8.一种电池，包括正极极片(4)、中间件(5)和负极极片(6)，其中中间件(5)为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，其特征在于，所述电池采用权利要求1～7中任意一项所述可实时监测电极应力变化的电池装置为外壳和组件进行组装。
9.根据权利要求8所述电池，其特征在于，为锂离子二次电池、钠离子二次电池、钾离子二次电池、镁离子二次电池、铝离子二次电池或锌离子二次电池，或为全固态电池，或为凝胶电池。
10.权利要求1所述可实时监测电极应力变化的电池装置的应用，通过在不同电流密度下进行正常和非正常的充放电过程，原位记录对应的电极应力变化数据。
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