CN113432766A - 用于原位观测电池作业的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于原位观测电池作业的装置，包括：箱体、第一集流体、第二集流体、螺栓、连接杆、第一传感器、密封盖板和至少一个用于使箱体内的部件与外部电连的极耳；其中，所述箱体的沿长度方向的一个侧壁上和所述第一集流体均具有螺纹孔，使得可以通过所述箱体外部的螺栓的旋转平移所述第一集流体以使待测电池悬空夹紧于沿所述箱体长度方向设置的第一集流体和第二集流体之间，第二集流体的另一端与连接杆和第一传感器依次连接将第一传感器抵接于所述箱体的另一个侧壁的内表面以测试待测电池作业时所输出的压力，所述密封盖板上具有用于观察待测电池作业的透明挡板。
Description
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种用于原位观测电池作业的装置。
背景技术
现如今在传统商业电池中，液态电解质的利用保障了锂离子的快速移动和电池的良好性能。但随着科技的发展，特别是电动汽车和大规模储能行业的快速发展，商用锂离子电池的能量密度已经无法满足当前的使用需求。同时，在长循环过程中液态电解质易挥发和泄露，造成电池性能下降。此外，在电池充放电过程中，Li+在锂电极表面的不均匀沉积，导致锂枝晶的快速生长，电池容易产生短路、着火和爆炸等安全隐患，致使以锂金属为负极材料的高能量密度锂电池的优势在传统液态电解质中无法发挥，使用固态电解质(SE)代替传统液态电解质能从根本上解决该问题，是锂离子电池未来发展的一个重要方向。其中固态锂电池电极/电解质界面问题是研究难点与重点。相较于传统液态电池电极与电解质的固-液接触，固态锂电池的固-固将产生更大的界面电阻以及发生电极或电解质断裂、脱粘等复杂的界面力学问题。由于目前固态锂电池的界面研究处于起步阶段，对电极/电解质界面应力-应变变化过程尚不明确，缺少有效的原位应力-应变表征手段，在测试固态锂电池的过程中遇到的问题包括但不限于：固态锂电池充/放电是所释放出的粉末微粒污染物镜或观察窗导致难以持续获得清晰图像、用于采集固态锂电池膨胀力的传感器读数严重漂移，并且这种漂移与温度或电池本身无关，疑似与夹持锂电池的集流体本身存在关联等等。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于原位观测电池作业的装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例的第一方面提供了一种用于原位观测电池作业的装置，包括：箱体、第一集流体、第二集流体、螺栓、连接杆、第一传感器、密封盖板和至少一个用于使箱体内的部件与外部电连的极耳；其中，所述箱体的沿长度方向的一个侧壁上和所述第一集流体均具有螺纹孔，使得可以通过所述箱体外部的螺栓的旋转平移所述第一集流体以使待测电池悬空夹紧于沿所述箱体长度方向设置的第一集流体和第二集流体之间，第二集流体的另一端与连接杆和第一传感器依次连接将第一传感器抵接于所述箱体的另一个侧壁的内表面以测试待测电池作业时所输出的压力，所述密封盖板上具有用于观察待测电池作业的透明挡板；其中，所述第一集流体和/或第二集流体由导电性良好的金属材料制成；并且，所述螺栓由金属材料制成，以将第一集流体所采集的电信号从所述箱体内部导出。
进一步，所述第一集流体和/或第二集流体由奥氏体不锈钢材料制成。
进一步，所述连接杆设置于第一集流体的高度的1/2处。
进一步，所述第一集流体和/或第二集流体均经过退磁处理。
进一步，在所述第一就流体和第二集流体之间，沿所述箱体的宽度方向还设置有一副第二传感器以接触并测量电池的电极/电解质界面的剪切力，并且，所述第二传感器固定设置于所述箱体的底板的上表面。
进一步，连接杆14、第一集流体、和第二集流体均采用20摄氏度时热胀系数小于等于13的材料制成。
进一步，第一集流体、第二集流体沿连接杆长度方向的长度与连接杆的长度之和不超过第二集流体的高度的6倍。
进一步，所述密封盖板由绝缘材料制成。
进一步，所述透明挡板的内表面具有防污涂层。
本发明实施例的有益效果包括：实现了固态电池作业的原位观测并且可以同时测量其轴向和切向的应力/应变，同时防止观察窗被污染影响观测的清晰度以提升测量测试精度，防止集流体之间彼此的作用影响对电池产生的膨胀和应力的测试准确度并且避免了外界作用力对电池作业的影响等等。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1为本发明一实施例提供的电池测试装置的侧视立体视图；
图2为本发明一实施例提供的电池测试装置的俯视立体视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
需要说明的是，尽管本申请中以固态锂电池为例予以说明，但本申请亦可应用于其他电池的观测及测试中，而不局限于固态锂电池领域。
尽管本申请能够具有多种不同的实施方式，但在附图中显示并在下文详述的特定实施方式应理解为，这种实施方式的公开应该被视为原理性示例，而非意图把本申请限制于下文所描述的特定方式。在以下的描述中，相同的标号用于描述附图中几个示图中的相同、相似或对应的部分。
如本申请所使用，术语“一”、“一个”或“一种”被定义为一个(种)或超过一个(种)。如本申请所使用，术语“多个”被定义为两个或超过两个。如本申请所使用，术语“其他”被定义为至少再一个或更多个。如本申请所使用，术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。
在整个本文件中对“一个实施例”、“某些实施例”、“实施例”或类似术语的提及表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个本说明书的各种地方的这种词语的出现不必全部表示相同的实施例。另外，所述特定特征、结构或特性可非限制性地在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。为了使本领域的人员更好地理解本申请实施方式中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施例，而不是其全部。基于本申请中的实施例及其思想和精神，本领域一般技术人员所获得的所有其他实施例及其变体，都应当属于本申请保护的范围。下面结合本申请实施方式的附图进一步说明本申请的具体实现。
图1和2示出了根据本发明实施例的电池测试装置1，如图所示，该装置包括由侧壁和底面围成的顶面开口的矩形箱体152以形成用于容置待测试电池和相关测试元件的中空的腔室15，该腔室15内沿矩形的箱体152的长度方向分别设置有第一集流体111、第二集流体112、连接杆14、传感器13。电池测试装置1作业时，待测电池(未示出)被第一集流体111和第二集流体112夹紧悬空固定，并且不与箱体152的内壁接触，第一集流体111配置有螺纹孔1111，以通过箱体152的第一侧壁的螺纹孔151和螺栓12的配合，借助螺栓12的旋转来调节第一集流体在腔室15中沿矩形箱体152的长度方向的位置，连接杆14的一端与第二集流体112固定连接，另一端经由传感器13抵接于箱体152的与第一侧壁相对的第二侧壁，使得通过调节螺栓12将待测电池稳定的固定于第一集流体111和第二集流体112之间，当待测电池进行充/放电循环时，第一集流体111和第二集流体112可采集待测电池的正负极所产生的电荷和/或电流，传感器13可采集待测电池沿箱体152长度方向的伸缩力。优选的，传感器13优选使用轮辐式压力传感器。
此外，箱体152还配置有至少一个用于与连接腔室15内的集流体或电池的极耳154，并且螺栓12由导电性良好的材料制成以使外部测试仪器与腔室15内的集流体或电池之间电连。
进一步，根据本发明实施例的电池测试装置1还具有上盖2，上盖2盖合于箱体152上方以使腔室15密封封闭于真空状态，因此在上盖2与箱体152的密封槽153之间设置了密封圈22，并且在上盖2的中部设置了观测窗211，该观测窗配置有由硬质透明材料制成挡板，为更清晰的观测电池充/放电时的界面变形和变化，所述挡板由石英玻璃、透明亚克力或蓝宝石材料制成，并且优选由硬质蓝宝石材料制成并在其内表面镀设防污涂层，所述防污涂层可以由派瑞林(聚对二甲苯，Parylene)或特氟龙形成，以防止电池充/放电过程中所释放的污染物附着于挡板上影响对电池的原位观测。优选的，考虑到派瑞林材料的疏水角更大、防污特性更强，所述防污涂层由厚度为0.0005--0.008英寸的派瑞林涂层形成。
对于第一集流体111和第二集流体112，其形状为矩形块状，并且一般使用电阻较小的金属材料制成，诸如奥氏体不锈钢303、304或316等，避免使用马氏体或铁素体型不锈钢。进一步，考虑到不锈钢本身具有一定磁性并且在通入电流或富集电荷后所可能产生磁场进而导致第一集流体111和第二集流体112之间产生不稳定的作用力，影响传感器13的测量精度，优选使用低碳不锈钢来制作第一集流体111和第二集流体112，并优选对其进行退火退磁处理、高温真空退磁处理、和/或电磁退磁以进一步消除第一集流体111和第二集流体112彼此之间的磁力影响。
此外，腔室15内还固定设置有至少一对(2个)沿腔室15的宽度方向向相对设置的力学传感器3，该力学传感器3在作业时接触待测特别是与电池的电解质片接触，以测量电池电极/电解质界面的剪切力。
根据本发明的另一方面，连接杆14应当大体上或恰好设置与第一集流体111的高度的1/2处以避免扭矩所产生的对应力的影响；并且连接杆14优选形成为刚性杆，以避免其挠度对力传递的影响。进一步的，鉴于对锂电池进行极限测试时可能产生较大的温度差等外部影响，连接杆14、第一集流体111和第二集流体112均优选采用20摄氏度时热胀系数小于等于13(E-6/℃)的材料制成，并且为进一步降低热膨胀可能产生的影响，第一集流体111、第二集流体112沿连接杆14长度方向的长度与连接杆14的长度之和应不超过第二集流体112的高度的6倍，以满足精确测量电池作业期间体积膨胀及作用力变化的需求。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
Claims (9)
1.一种用于原位观测电池作业的装置，包括：箱体、第一集流体、第二集流体、螺栓、连接杆、第一传感器、密封盖板和至少一个用于使箱体内的部件与外部电连的极耳；
其中，所述箱体的沿长度方向的一个侧壁上和所述第一集流体均具有螺纹孔，使得可以通过所述箱体外部的螺栓的旋转平移所述第一集流体以使待测电池悬空夹紧于沿所述箱体长度方向设置的第一集流体和第二集流体之间，第二集流体的另一端与连接杆和第一传感器依次连接将第一传感器抵接于所述箱体的另一个侧壁的内表面以测试待测电池作业时所输出的压力，所述密封盖板上具有用于观察待测电池作业的透明挡板；
其中，所述第一集流体和/或第二集流体由导电性良好的金属材料制成；
并且，所述螺栓由金属材料制成，以将第一集流体所采集的电信号从所述箱体内部导出。
2.根据权利要求1所述的用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，所述第一集流体和/或第二集流体由奥氏体不锈钢材料制成。
3.根据权利要求2所述的用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，所述连接杆设置于第一集流体的高度的1/2处。
4.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，所述第一集流体和/或第二集流体均经过退磁处理。
5.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，在所述第一就流体和第二集流体之间，沿所述箱体的宽度方向还设置有一副第二传感器以接触并测量电池的电极/电解质界面的剪切力，并且，所述第二传感器固定设置于所述箱体的底板的上表面。
6.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，连接杆14、第一集流体、和第二集流体均采用20摄氏度时热胀系数小于等于13的材料制成。
7.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，第一集流体、第二集流体沿连接杆长度方向的长度与连接杆的长度之和不超过第二集流体的高度的6倍。
8.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，所述密封盖板由绝缘材料制成。
9.根据权利要求1至3中任一种用于原位观测电池作业的装置，其特征在于，所述透明挡板的内表面具有防污涂层。
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