CN111765942A - 一种锂离子软包电池体积测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子软包电池体积测量方法及测量装置，包括将待测电池放入容器的溶液中，待测电池通过夹持装置连接至电子天平；步骤二：记录此时电池在溶液中的深度，和电池的质量；步骤三：将电池取出并擦干处理后，进行首次充放电，电池体积增大；将所述已产气的电池再次固定在夹持装置上，重复所述步骤一和步骤二，记录电子天平数显稳定后电池的质量为M2；根据测量数值得到电池的产气量Vx＝(M1‑M2)/ρ_液，ρ_液为所述溶液的密度。本发明所述的锂离子软包电池体积测量方法及测量装置，实现了锂离子软包电池首次充放电过程产气量的快速精确测量，从而定量进行电池体系设计和生产工艺设计评价，为产品设计和工艺设计提供数据支持。

Description

一种锂离子软包电池体积测量方法及测量装置

技术领域

本发明属于锂离子软包电池领域，尤其是涉及一种锂离子软包电池体积测量方法及测量装置。

背景技术

锂离子软包电池具有安全性能好、重量轻、容量高、能量密度大、内阻小、设计灵活等优点。随着新能源汽车的爆发式发展，以及新能汽车对动力电池能量密度的需求和政策驱动，软包动力电池凭借自身高能量密度和高安全性优势，迅速发展并应用于新能源汽车领域，软包动力电池市场占有率持续升高。锂离子软包电池在首次充放电过程，复杂的电化学反应产生一定体积的气体，填充在软包电池铝塑包装袋内。不同的电池正负极材料体系、电解液设计，以及不同的生产工艺参数，首次充放电过程电池内部化学体系反应方式以及反应程度存在一定的差异，对应的产气量也存在一定的差异。通过研究产气量大小，有助于为产品设计和工艺设计分析提供数据支持。

目前公开的软包电池产气量测量方法为排水法，一种是将电池浸入水中排出一定量的水，通过量杯测量排出水的体积，该方法存在测量误差大、重复性低的缺陷；另一种是将电池浸入水中，通过电子秤测量水箱重量变化，再转化为体积，该方法需要较大的容器，需要对盛水的水箱进行称重，对应的电子秤的量程较大，分辨精度偏低，不利于微量体积变化的精确测量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子软包电池体积测量方法，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂离子软包电池体积测量方法，包括如下步骤：

步骤一：将待测电池放入容器的溶液中，使待测电池完全悬浮在溶液中，待测电池的中部安装夹持装置，使得待测电池两端保持平衡，夹持装置的另一端通过连接件连接至电子天平，电子天平置于容器上端且处于水平状态；

步骤二：记录此时电池在溶液中的深度，同时记录电子天平数显稳定后的数值，记录电池的质量为M1；

步骤三：将电池取出并擦干处理后，进行首次充放电，在充放电过程中，电池主体内部经过复杂的电化学反应，产生气体，将电池铝塑包装袋撑开，电池体积增大；

步骤四：将所述已产气的电池再次固定在夹持装置上，重复所述步骤一和步骤二，并使未产气电池和已产气电池深度相同，记录电子天平数显稳定后电池的质量为M2；根据测量数值得到电池的产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_液，ρ_液为所述溶液的密度。

进一步的，所述步骤一所述待测电池完全悬浮在溶液中的状态为：待测电池上边缘距离水面尺寸范围为5mm-15mm，且电池主体部位不接触容器壁。

进一步的，所述步骤一中待测电池放入容器中的方式为慢慢浸入溶液中。

进一步的，所述步骤二中记录所述电池在溶液中深度的具体方法为：连接件为带有标记的绳索，容器上设有刻度，以容器的上边缘为参考基准面，根据刻度测量出或者标记出电池在溶液中的深度。

进一步的，所述步骤四中计算所述电池产气量的过程为：定义电池充放电产气前的体积为V1，电池充放电产气后的体积为V2，电池产气量为Vx，Vx＝V2-V1，根据公式F_浮＝ρ_液gV_排，g为常数，V_排为排开液体的体积，F_浮为电池在液体中收到的浮力；得到等式：(M1-M2)*g＝ρ_水*g*(V2-V1)＝ρ_水*g*Vx，即产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_水，ρ_水为水的密度。

相对于现有技术，本发明所述的锂离子软包电池体积测量方法具有以下优势：

(1)本发明所述的锂离子软包电池体积测量方法，选用量程小分辨精度高的电子天平仪器，对电池充放电产气前后分别在完全浸入洁净水中的状态下进行电池重量测试，并计算重量差值，从而快速计算得到电池体积变化，即产气量；实现了锂离子软包电池首次充放电过程产气量的快速精确测量，从而定量进行电池体系设计和生产工艺设计评价，为产品设计和工艺设计提供数据支持。

本发明的另一目的在于提出一种锂离子软包电池体积测量装置，以解决现有测量装置电子秤的量程较大，分辨精度偏低，不利于微量体积变化的精确测量的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：包括容器、夹持装置、吊绳、天平托板、电子天平和天平架，天平托板置于容器上端，天平托板上方固定安装电子天平，电子天平上设有天平架，天平架通过吊绳连接至夹持装置，夹持装置用于固定电测电池的中部。

进一步的，所述容器一侧设有排水口。

进一步的，所述电子天平的量程Max为3200g，分辨精度为0.01g。

进一步的，所述吊绳为PE纤维材质，吊绳的直径为0.5mm～1mm。

进一步的，所述吊绳上设有等距标志或者深度标志，容器上设有刻度。

相对于现有技术，本发明所述的锂离子软包电池体积测量装置具有以下优势：

所述锂离子软包电池体积测量装置与上述锂离子软包电池体积测量方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的锂离子软包电池体积测量装置的示意图。

附图标记说明：

1-水箱；2-水箱排水口；3-电池；4-夹爪；5-吊绳；6-天平托板；7-电子天平；8-天平架。

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。

在本发明的描述中，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和简化描述，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。此外，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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“安装”、“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发明。

术语解释：

软包电池：是指采用铝塑膜包装的锂离子电池。

铝塑包装袋：用来包装电池的包装袋，其内部分为电池主体区域和非电池主体区域，其中非电池主体区域称为气袋。本方案中，电池及其外部的包装袋统称为“电池”，而包装袋内的电池主体区域称为“电池主体”。

一种锂离子软包电池体积测量方法，

步骤一：将待测电池放入容器的溶液中，使待测电池完全悬浮在溶液中，待测电池的中部安装夹持装置，使得待测电池两端保持平衡，夹持装置的另一端通过连接件连接至电子天平7，电子天平7置于容器上端且处于水平状态；优选的，所述待测电池完全悬浮在溶液中的状态为：待测电池3上边缘距离水面尺寸10±5mm，且电池主体部位不接触容器壁；

优选的，待测电池放入容器中的具体过程为慢慢浸入水中；

优选的，容器一侧设有排水口；

步骤二：记录此时电池3在溶液中的深度，(优选的，连接件为带有标记的绳索，容器上也设有刻度，以容器的上边缘为参考基准面，即可测量出或者标记出电池3在溶液中的深度)，同时记录电子天平7数显稳定后的数值，记录电池3的质量为M1；

标记出电池3在溶液中的深度的具体方法为，平视电池3的深度时，在容器壁上用记号笔做标记或者划线。

步骤三：将电池3取出并擦干处理后，进行首次充放电，在充放电过程中，电池主体内部经过复杂的电化学反应，产生气体，将电池铝塑包装袋撑开，电池3体积增大；

步骤四：将所述已产气的电池3，再次固定在固定夹持装置上，慢慢浸入水中，与步骤一中的条件保持一致，(即深度和平衡度相同)由于电池3体积增大，完全浸入水中导致水面高度增加，记录电子天平7数显稳定后的数值，记录电池3的质量为M2；根据测量数值得到电池的产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_液，ρ_液为所述溶液的密度。

该方法测试操作方便、快捷，重量采集更加精确，产气量测试结果可靠性更高。该方法实现了锂离子软包电池首次充放电过程产气量的快速精确测量，从而定量进行电池体系设计和生产工艺设计评价，为产品设计和工艺设计提供数据支持。

计算所述电池3产气量的过程为：定义电池3充放电产气前的体积为V1，电池3充放电产气后的体积为V2，电池产气量为Vx，Vx＝V2-V1，根据公式F_浮＝ρ_液gV_排，g为常数，V_排为排开液体的体积，F_浮为电池在液体中收到的浮力；得到等式：(M1-M2)*g＝ρ_水*g*(V2-V1)＝ρ_水*g*Vx，即产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_水，ρ_水为水的密度。

所述夹持装置为夹抓。

一种锂离子软包电池体积测量装置，如图1所示，包括水箱1、夹爪4、吊绳5、天平托板6、电子天平7和天平架8，天平托板6置于水箱1上端，天平托板6上方固定安装电子天平7，电子天平7上设有天平架8，天平架8通过吊绳5连接至夹抓4，夹抓4用于固定连接电测电池3的中部。

水箱1一侧设有水箱排水口2。

优选的，电子天平6的量程Max为3200g，分辨精度为0.01g，使用高精度和高准确性的电子天平测量电池3的重量，不受水箱及盛水量的影响，一般常规单体软包电芯重量范围为100～3000g，选用对应量程的电子天平，分辨精度0.01g，对应水的体积为0.01mL，可以准确表征痕量体积差异。

优选的，吊绳5为强度较高的PE纤维材质制成，吊绳5的直径为0.5mm～1mm，浸入水中不会存在吸水造成的重量影响。

优选的，吊绳5上设有等距标志或者深度标志，水箱1上设有刻度。

优选的，水箱1中放入适量的洁净水，作业环境为常温状态，25±5℃。

通过利用根据本发明实施例的锂离子软包电池体积测量装置，从而可以实施根据本发明实施例的锂离子软包电池体积测量方法，在一个或多个实时例中其具体步骤为：在常温状态下，水箱1中放入适量的洁净水，

将所述电子天平7进行调平操作，保证电子天平7处于水平状态，并进行清零操作；

S1、将未产气的电池3的中间部位固定在固定夹爪4上，慢慢浸入水中，保证所述电池3上边缘完全浸入水中；

S2、通过排水口2调整所述水箱1中装水量，同时调整吊绳5的长度，避免电池主体部位接触水箱箱壁，使电池主体完全悬浮在水中，以水箱1上方边缘处为参考基准面，平视电池在水箱1中的深度，水平面的高度，并在水箱1上做标记；

S3、待电子天平7数显读数稳定后，读取数值，记录为未产气电池3的质量为M1；

S4、将电池3取出并擦干处理后，进行首次充放电，在充放电过程中，电池3内部经过复杂的电化学反应，产生气体，将电池铝塑包装袋撑开，电池体积增大；

S5、将已产气的电池3，再次固定在固定夹爪4上，慢慢浸入水中，由于电池3体积增大，完全浸入水中导致水面高度增加。优选的，通过水箱排水口2放出适量水，实现电池气袋上边缘距离水面10±5mm，根据S2中的标记，使得已产气电池3浸入水中深度与未产气电池3浸入水中的深度一致；

S6、待电子天平7数显读数稳定后，读取数值，记录已产气电池3的质量为M2；

S7、通过两次称重，可以得到所述电池3充放电产气前后分别在完全浸入水中的电池重量数据，分别为M1和M2，并计算得到质量差值，即：M1-M2。电池产气前后浸入水中，由于体积差异造成对应所受浮力的差异，定义电池充放电产气前的体积为V1，电池充放电产气后的体积为V2，电池产气量为Vx，Vx＝V2-V1，根据公式F_浮＝ρ_液gV_排，得到等式：(M1-M2)*g＝ρ_水*g*(V2-V1)＝ρ_水*g*Vx，即产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_水。

本发明通过公开一种软包电池产气量测量装置，选用量程小分辨精度高的电子天平仪器，大幅缩小对电子秤的使用量程需求，对电池充放电产气前后分别在完全浸入洁净水中的状态下进行电池重量测试，并计算重量差值，从而快速计算得到电池体积变化，即产气量。装置简单易操作，采用电子天平精密仪器，从而精确分辨痕量体积变化，实现软包电池产气量的快速、准确、方便测量。

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 (10)

1.一种锂离子软包电池体积测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将待测电池放入容器的溶液中，使待测电池完全悬浮在溶液中，待测电池的中部安装夹持装置，使得待测电池两端保持平衡，夹持装置的另一端通过连接件连接至电子天平，电子天平置于容器上端且处于水平状态；

步骤二：记录此时电池在溶液中的深度，同时记录电子天平数显稳定后的数值，记录电池的质量为M1；

步骤三：将电池取出并擦干处理后，进行首次充放电，在充放电过程中，电池主体内部经过复杂的电化学反应，产生气体，将电池铝塑包装袋撑开，电池体积增大；

步骤四：将所述已产气的电池再次固定在夹持装置上，重复所述步骤一和步骤二，并使未产气电池和已产气电池深度相同，记录电子天平数显稳定后电池的质量为M2；根据测量数值得到电池的产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_液，ρ_液为所述溶液的密度。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子软包电池体积测量方法，其特征在于：步骤一所述待测电池完全悬浮在溶液中的状态为：待测电池上边缘距离水面尺寸范围为5mm-15mm，且电池主体部位不接触容器壁。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子软包电池体积测量方法，其特征在于：所述步骤一中待测电池放入容器中的方式为慢慢浸入溶液中。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子软包电池体积测量方法，其特征在于：所述步骤二中记录所述电池在溶液中深度的具体方法为：连接件为带有标记的绳索，容器上设有刻度，以容器的上边缘为参考基准面，根据刻度测量出或者标记出电池在溶液中的深度。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子软包电池体积测量方法，其特征在于：步骤四中计算所述电池产气量的过程为：定义电池充放电产气前的体积为V1，电池充放电产气后的体积为V2，电池产气量为Vx，Vx＝V2-V1，根据公式F_浮＝ρ_液gV_排，g为常数，V_排为排开液体的体积，F_浮为电池在液体中收到的浮力；得到等式：(M1-M2)*g＝ρ_水*g*(V2-V1)＝ρ_水*g*Vx，即产气量Vx＝(M1-M2)/ρ_水，ρ_水为水的密度。

6.一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：包括容器、夹持装置、吊绳、天平托板、电子天平和天平架，天平托板置于容器上端，天平托板上方固定安装电子天平，电子天平上设有天平架，天平架通过吊绳连接至夹持装置，夹持装置用于固定电测电池的中部。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：容器一侧设有排水口。

8.根据权利要求6所述的一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：电子天平的量程Max为3200g，分辨精度为0.01g。

9.根据权利要求6所述的一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：吊绳为PE纤维材质，吊绳的直径为0.5mm～1mm。

10.根据权利要求6所述的一种锂离子软包电池体积测量装置，其特征在于：吊绳上设有等距标志或者深度标志，容器上设有刻度。

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