CN112858496A - 一种检测锂离子电池热失控产气的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及安全控制技术领域，尤其涉及一种检测锂离子电池热失控产气的装置和方法。所述装置包括：气体收集罐，用于收集锂离子电池热失控产生的气体；量热仪，所述量热仪与所述气体收集罐的第一入口连接；惰性气体罐，所述惰性气体罐与所述气体收集罐的第二入口连接；气相色谱仪，所述气体收集罐的第一出口与所述气相色谱仪连接；其中，在所述量热仪与所述气体收集罐之间设有第一密闭阀门；在所述惰性气体罐与所述气体收集罐之间设有第二密闭阀门；在所述气体收集罐与所述气相色谱仪之间设有第三密闭阀门。本发明通过将电池量热仪和气相色谱仪的联合使用，能够实时、快速、准确的测试出锂离子电池热失控后产生气体的成分以及比例。
Description
技术领域
本发明涉及安全控制技术领域，尤其涉及一种检测锂离子电池热失控产气的装置和方法。
背景技术
对于锂离子电池而言，高能量的特性一直是电池使用的目标之一，然而高能量又带来了新的安全隐患，所以安全是锂离子电池在设计和使用过程中最为关注的问题；其中，热失控是锂离子电池发生的最为严重的安全事故。导致锂离子电池热失控的原因很多，主要包括机械滥用、电滥用和热滥用，在这些极端情况下，会引起锂离子电池内部发生短路进而引起正负极活性物质、电解液的分解，产生大量的热量，从而导致锂离子电池发生热失控。同时热失控产生大量的有害气体。因此，新成品的电池需要进行热失控的测试以及对失控后产生的气体进行评估。
CN109959579A公开了一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，装置包括：压力防爆容器；加热装置；电池悬吊装置；惰性气体循环装置；电池充放电模块；检测装置；防爆泄压模块；控制系统；气体收集模块；该装置对锂离子电池由高温、过充电、过放电触发热失控产生的气体均可进行产气量测量和气体收集；可实时监测锂离子电池热失控过程的温度和电压变化情况，可为锂离子电池热失控的分析提供可靠的数据支撑。然而，上述技术方案中主要关注与热失控的过程，产气测试需要转移，测试不及时。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测锂离子电池热失控产气的装置，该装置通过将电池量热仪和气相色谱仪的联合使用，能够实时、快速、准确的测试出锂离子电池热失控后产生气体的成分以及比例；本发明的另一目的是提供使用上述装置检测锂离子电池热失控产气的方法。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种检测锂离子电池热失控产气的装置，包括：
气体收集罐，用于收集锂离子电池热失控产生的气体；
量热仪，所述量热仪与所述气体收集罐的第一入口连接；
惰性气体罐，所述惰性气体罐与所述气体收集罐的第二入口连接；
气相色谱仪，所述气体收集罐的第一出口与所述气相色谱仪连接；
其中，在所述量热仪与所述气体收集罐之间设有第一密闭阀门；在所述惰性气体罐与所述气体收集罐之间设有第二密闭阀门；在所述气体收集罐与所述气相色谱仪之间设有第三密闭阀门。
作为优选，所述气体收集罐的材质为耐腐蚀金属。
作为优选，在所述气体收集罐上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第四密闭阀门。
在上述技术方案中，所述第四密闭阀门可用做紧急排气阀；同时可以收集到热失控产生的飞尘固体颗粒，以便做后续的进一步分析。
作为优选，所述装置还包括：
固体过滤器，所述固体过滤器设置于所述气体收集罐与所述气相色谱仪之间；
所述气体收集罐的第一出口与所述固体过滤器的入口连接。
作为优选，所述第三密闭阀门设置于所述气体收集罐与所述固体过滤器之间。
作为优选，所述装置还包括：
缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述固体过滤器与所述气相色谱仪之间；
所述固体过滤器的出口与所述缓冲罐的入口连接；所述缓冲罐的第一出口与所述气相色谱仪连接。
本发明通过在气体收集罐和缓冲罐之间设置固体过滤器，可以过滤产气中可能夹杂的固体飞尘颗粒，以防止固体飞尘颗粒进入气相色谱仪从而损坏仪器。
作为优选，所述固体过滤器为气体单向阀装置；即所述固体过滤器只允许气体通过进入所述缓冲罐。
作为优选，所述缓冲罐的材质为耐压耐腐蚀的透明玻璃或耐腐蚀的透明高分子材料；采用透明材质的缓冲罐，可以观察固体吸附过滤的情况；此外，所述缓冲罐的罐体体积应尽量小。
作为优选，在所述缓冲罐上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第五密闭阀门。
本发明中，可通过开启第五密闭阀门收集气体于气袋，以备测试气相色谱仪不能分辨的成分，比如：对该气体进行HF酸的检测。
作为优选，所述装置还包括：
压力表，所述压力表设置于所述气体收集罐与所述第三密闭阀门之间。
在上述技术方案中，所述压力表可监测体系的压力。
本发明还提供一种检测锂离子电池热失控产气的方法，该方法利用上述装置进行。
作为优选，所述方法包括如下步骤：
(1)将待测锂离子电池放进量热仪中，开启第一密闭阀门、第二密闭阀门和第三密闭阀门，关闭第四密闭阀门和第五密闭阀门，利用惰性气体灌中的惰性气体吹扫，气相色谱仪采集惰性气体，做空白试验记录；
(2)关闭第二密闭阀门和第三密闭阀门，通过设置量热仪的参数使其中的待测锂离子电池热失控，产生气体进入气体收集罐，关闭第一密闭阀门，开启第二密闭阀门和第三密闭阀门；
(3)惰性气体作为载体与气体收集罐中的气体一同通过固体过滤器进入缓冲罐，再进入气相色谱仪，进行气体分析。
在上述技术方案中，步骤(1)中利用惰性气体吹扫，使整个装置避免空气的影响。
作为优选，所述惰性气体为氩气；采用氩气载气，可以保证热失控产生气量比较少的时候也可以进入气相色谱仪，同时氩气做为载气可以作为背景去除而不影响其它气体成分计算。
本发明的优异效果：
本发明将量热仪与气相色谱仪联用，所得装置具有及时性；高温下锂离子电池热失控产生的气体成分与冷却后气体成分可能会有差别，利用本发明的装置可以及时对比高温下失控后气体的成分与冷却后成分，这种“在线”的方式的检测比传统的气袋收集后测试准确性更高。
附图说明
图1为本发明中的检测锂离子电池热失控产气的装置示意图；
图中：1、量热仪；2、量热仪出气管；3、第一密闭阀门；4、惰性气体罐；5、第二密闭阀门；6、气体收集罐；7、第四密闭阀门；8、压力表；9、第三密闭阀门；10、固体过滤器；11、第五密闭阀门；12、缓冲罐；13、连接管。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种检测锂离子电池热失控产气的装置，如图1所示，所述装置包括：
气体收集罐6，用于收集锂离子电池热失控产生的气体；
量热仪1，所述量热仪1与所述气体收集罐6的第一入口连接；
惰性气体罐4，所述惰性气体罐4与所述气体收集罐6的第二入口连接；
气相色谱仪，所述气体收集罐6的第一出口与所述气相色谱仪连接；
其中，在所述量热仪1与所述气体收集罐6之间设有第一密闭阀门3；在所述惰性气体罐4与所述气体收集罐6之间设有第二密闭阀门5；在所述气体收集罐6与所述气相色谱仪之间设有第三密闭阀门9。
在所述气体收集罐6上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第四密闭阀门7。
还包括：
固体过滤器10，所述固体过滤器10设置于所述气体收集罐6与所述气相色谱仪之间；
所述气体收集罐6的第一出口与所述固体过滤器10的入口连接。
所述第三密闭阀门9设置于所述气体收集罐6与所述固体过滤器10之间。
还包括：
缓冲罐12，所述缓冲罐12设置于所述固体过滤器10与所述气相色谱仪之间；
所述固体过滤器10的出口与所述缓冲罐12的入口连接；所述缓冲罐12的第一出口与所述气相色谱仪连接。
在所述缓冲罐12上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第五密闭阀门11。
还包括：
压力表8，所述压力表8设置于所述气体收集罐6与所述第三密闭阀门9之间。
实施例2
本实施例提供一种检测锂离子电池热失控产气的方法，包括如下步骤：
(1)将待测锂离子电池放进量热仪中，开启第一密闭阀门3、第二密闭阀门5和第三密闭阀门9，关闭第四密闭阀门7和第五密闭阀门11，利用惰性气体灌4中的氩气吹扫，气相色谱仪采集氩气，做空白试验记录；
(2)关闭第二密闭阀门5和第三密闭阀门9，通过设置量热仪1的参数使其中的待测锂离子电池热失控，产生气体进入气体收集罐6，关闭第一密闭阀门3，开启第二密闭阀门5和第三密闭阀门9；
(3)氩气作为载体与气体收集罐6中的气体一同通过固体过滤器10进入缓冲罐12，再进入气相色谱仪，进行气体分析。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种检测锂离子电池热失控产气的装置，其特征在于，包括：
气体收集罐，用于收集锂离子电池热失控产生的气体；
量热仪，所述量热仪与所述气体收集罐的第一入口连接；
惰性气体罐，所述惰性气体罐与所述气体收集罐的第二入口连接；
气相色谱仪，所述气体收集罐的第一出口与所述气相色谱仪连接；
其中，在所述量热仪与所述气体收集罐之间设有第一密闭阀门；在所述惰性气体罐与所述气体收集罐之间设有第二密闭阀门；在所述气体收集罐与所述气相色谱仪之间设有第三密闭阀门。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述气体收集罐上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第四密闭阀门。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：
固体过滤器，所述固体过滤器设置于所述气体收集罐与所述气相色谱仪之间；
所述气体收集罐的第一出口与所述固体过滤器的入口连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第三密闭阀门设置于所述气体收集罐与所述固体过滤器之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：
缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述固体过滤器与所述气相色谱仪之间；
所述固体过滤器的出口与所述缓冲罐的入口连接；所述缓冲罐的第一出口与所述气相色谱仪连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述缓冲罐上设有与外界联通的第二出口，所述第二出口上设有第五密闭阀门。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
压力表，所述压力表设置于所述气体收集罐与所述第三密闭阀门之间。
8.一种检测锂离子电池热失控产气的方法，其特征在于，利用权利要求1～7任一项所述装置进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待测锂离子电池放进量热仪中，开启第一密闭阀门、第二密闭阀门和第三密闭阀门，关闭第四密闭阀门和第五密闭阀门，利用惰性气体灌中的惰性气体吹扫，气相色谱仪采集惰性气体，做空白试验记录；
(2)关闭第二密闭阀门和第三密闭阀门，通过设置量热仪的参数使其中的待测锂离子电池热失控，产生气体进入气体收集罐，关闭第一密闭阀门，开启第二密闭阀门和第三密闭阀门；
(3)惰性气体作为载体与气体收集罐中的气体一同通过固体过滤器进入缓冲罐，再进入气相色谱仪，进行气体分析。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
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