CN207624857U - 一种锂电池内部压力原位测量反应池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂电池内部压力原位测量反应池，包括正极、负极和压力加载装置，所述正极上设有气路，正极与负极壳拆卸连接；所述压力加载装置包括垫片，垫片上端面开设有上中心孔、下端面开设有下中心孔，所述上中心孔中心位置设有凸柱；凸柱位于上中心孔内的部分外套设有弹性件，凸柱上设有沿凸柱轴线方向延伸、且贯穿凸柱及垫片的气道，所述气道连通气路和下中心孔；所述下中心孔内设有带透气孔的透气板，透气板上端面距下中心孔顶壁一定距离、下端面与垫片下端面齐平；透气板下方依次设有样品、隔膜、锂片，还包括与气路连通的供气装置。本实用新型的优点在于，可在电池充放电过程中实时监测内部气体压力变化情况，获得真实有效的数据。
Description
技术领域
本实用新型属于材料表征技术领域，具体涉及一种锂电池内部压力原位测量反应池。
背景技术
目前，能源危机、环境变化和温室效应等问题越来越受重视，人民越发认识到可再生能源和新型能源的重要性与迫切性。在各种新能源中，以二次电池为主的锂电池因高工作电压、高能量密度以及长循环寿命等优势获得了广泛的研究和飞速的发展。
然而，近年来频发的锂电池燃烧、爆炸等事故使得锂电池相关的安全问题引起了公众的关注。为了提高电池的体积能量密度，常规手段是降低隔膜的厚度，但会使得充放电过程中形成的锂枝晶更容易刺破隔膜造成正负极短路，进而引发电池的爆炸。充放电过程中以及过充时使热量增加、SEI膜形成的过程中电解液溶剂发生分解释放的烃类气体增加导致电池内部压力增大，是电池发生危险事故的潜在威胁，因而研究电池内部压力变化对电池的安全保障及设计至关重要。现有的针对电池内部压力升高而造成电池性能变化的研究大多是通过电池的库伦效率进行浅显的解释，并未深入地检测电池充放电过程中电池内部的压力变化。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于：如何在锂电池充放电的过程中对电池内部压力变化进行相关检测。
本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种锂电池内部压力原位测量反应池，包括：
正极，所述正极包括柱状正极壳，所述正极壳的下端面上设有第一中心孔，正极壳侧面开设有气路，所述气路与第一中心孔连通，正极壳上还开设有第一电极线接孔；
负极，所述负极包括柱状负极壳，且负极壳与正极壳形状相匹配，所述负极壳设置在所述正极壳下方，并与正极壳可拆卸连接，负极壳上端面上开设有第二中心孔，负极壳侧面开设有第二电极线接孔；
压力加载装置，所述压力加载装置包括垫片，所述垫片设置在第二中心孔内，垫片上端面开设有上中心孔、下端面开设有下中心孔，所述上中心孔中心位置设有向上延伸入第一中心孔内的凸柱，所述凸柱与第一中心孔相配合；凸柱位于上中心孔内的部分外套设有弹性件，凸柱上设有沿凸柱轴线方向延伸、且贯穿凸柱及垫片的气道，所述气道连通气路和下中心孔；所述下中心孔内设有透气板，所述透气板上开设有透气孔，透气板上端面距下中心孔顶壁一定距离、下端面与垫片下端面齐平；
样品，设置在所述透气板下方；
隔膜，设置在所述样品下方；
锂片，设置在所述隔膜下方；
所述正极壳、第一中心孔、第二中心孔、上中心孔、凸柱、气道、垫片、下中心孔、样品、隔膜、锂片、负极壳均同轴设置；
供气装置，与所述气路连通。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述正极壳、负极壳均为圆柱状，所述第一中心孔、第二中心孔、上中心孔、下中心孔均为圆孔。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述透气孔为多个，多个透气孔均布在以透气板的中心为圆心的圆上。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述透气孔为圆孔，透气孔的直径为0.5mm，相邻两透气孔圆心的间距为1.2mm。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述供气装置包括气管，所述气管的一端设有连接头、另一端设有压力传感器，所述正极壳上对应于气路的位置设有连接孔，所述连接头与连接孔螺纹连接，气管与气路连通。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，还包括第一绝缘套筒，所述第一绝缘套筒设置在垫片与第二中心孔内壁之间。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述正极壳与负极壳通过螺钉连接，且螺钉位于正极壳内的部分上套设有第二绝缘套筒。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述弹性件为弹簧。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述第一绝缘套筒外壁上部、垫片外壁下部、凸柱侧壁上部均开设有密封槽，所述密封槽内均设有密封圈。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述第一中心孔的深度为正极壳高度的1/2，所述下中心孔的深度为0.8mm，所述透气板的厚度为0.5mm。
本实用新型技术有益效果：
本实用新型技术方案能够在电池充放电过程中实时监测内部气体压力变化情况，分析电极材料的容量贡献配比、结构稳定性及安全性等重要参数，为后续分析材料的可控性提供具体参考，并对高容量、高能量密度电池电极材料的研发、设计提供有力的实验证据。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池的结构示意图；
图2为图1的A向剖视图；
图3为图1中B处放大示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。
参阅图1至图3，本实施例提供的一种锂电池内部压力原位测量反应池，包括正极1、负极2、压力加载装置3、样品4、隔膜5、锂片6及供气装置7。
所述正极1包括柱状正极壳11，所述正极壳11的下端面上设有第一中心孔12，正极壳11侧面开设有气路13，所述气路13与第一中心孔12连通，且气路13远离第一中心孔12的端部与所述供气装置7连接；正极壳11上还开设有第一电极线接孔(图中未示出)。
所述负极2包括柱状负极壳21，且负极壳21与正极壳11形状相匹配，所述负极壳21设置在所述正极壳11下方，并与正极壳11可拆卸连接，负极壳21上端面上开设有第二中心孔22，负极壳21侧面开设有第二电极线接孔(图中未示出)。
所述压力加载装置3包括垫片31，所述垫片31设置在第二中心孔22内，垫片31上端面开设有上中心孔32、下端面开设有下中心孔33，所述上中心孔32中心位置设有向上延伸入第一中心孔12内的凸柱34，所述凸柱34与第一中心孔12相配合；凸柱34位于上中心孔32内的部分外套设有弹性件35，凸柱34上设有沿凸柱34轴线方向延伸、且贯穿凸柱34及垫片31的气道36，所述气道36连通气路13和下中心孔33；所述下中心孔33内设有透气板37，所述透气板37上开设有透气孔38，透气板37上端面距下中心孔33顶壁一定距离、下端面与垫片31下端面齐平。
所述样品4设置在所述透气板37下方。
所述隔膜5设置在所述样品4下方。
所述锂片6设置在所述隔膜5下方。
所述正极壳11、第一中心孔12、第二中心孔22、上中心孔32、凸柱24、气道36、垫片31、下中心孔33、样品4、隔膜5、锂片6、负极壳21均同轴设置。
本实施例所述的正极壳11、负极壳21、垫片31及凸柱34，因其所要承受的压力高，强度要求也相应较高，因此均采用不锈钢材质加工形成，如美国进口的440C不锈钢，其淬火后硬度不低于HRC50。所述透气板37与下中心孔33内壁焊接后，进行抛光打磨以确保平整度。
一般地，所述正极壳11、负极壳21均设置为圆柱状，所述第一中心孔12、第二中心孔22、上中心孔32、下中心孔33均设为圆孔；所述透气孔为多个，多个透气孔38均布在以透气板37的中心为圆心的圆上，这样气体沿气路13、气道36、透气孔38进入到下中心孔33内，增加电极材料所处空间内的压力，即模拟了充放电时，电池内部环境。作为优选，所述透气孔38为圆孔，透气孔38的直径为0.5mm，相邻两透气孔38圆心的间距为1.2mm，在保证气路畅通的同事，满足其压力的调控。
所述供气装置7包括气管71，所述气管71的一端设有连接头72、另一端设有压力传感器73，所述正极壳11上对应于气路的位置设有连接孔15，所述连接头72与连接孔15螺纹连接，气管71与气路13连通。
本实施例中，正极壳11与负极壳21间通过螺钉可拆卸连接，测试时，为实现正极壳11与负极壳21的放置短路，还设置有绝缘装置，其包括第一绝缘套筒81和第二绝缘套筒82，所述第一绝缘套筒81设置在垫片31与第二中心孔22内壁之间；所述第二绝缘套筒82套设在螺钉位于正极壳11内的部分上。
优选地，本实用新型所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，所述弹性件35为弹簧。
为保证装置内部密封，所述第一绝缘套筒81外壁上部、垫片31外壁下部、凸柱34侧壁上部均开设有密封槽，所述密封槽内均设有密封圈9。
所述第一中心孔12的深度为正极壳11高度的1/2，所述下中心孔33的深度为0.8mm，所述透气板37的厚度为0.5mm。
本装置的使用方法如下：
在第一绝缘套筒81、垫片31及凸柱34的密封槽内放置密封圈9，在负极壳21内部放置第一绝缘套筒81，然后依次放置锂片6、隔膜5、样品4、压力加载装置3，再连接负极壳21及正极壳11，组装时需要注意保证正极壳11、负极壳21及压力加载装置3各部件间的同轴性，偏离程度不得大于0.1mm；组装供气装置7，并将其与连接孔15连接。完成后将整个装置放置在普通电池测试系统内，通过第一电极线接孔与第二电极线接孔与测试系统连接，供气装置7供气，压力传感器73监测压力，开始进行电池的充放电过程中的内部压力测试即可。
本实用新型技术方案在上面结合附图对实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，包括
正极，所述正极包括柱状正极壳，所述正极壳的下端面上设有第一中心孔，正极壳侧面开设有气路，所述气路与第一中心孔连通，正极壳上还开设有第一电极线接孔；
负极，所述负极包括柱状负极壳，且负极壳与正极壳形状相匹配，所述负极壳设置在所述正极壳下方，并与正极壳可拆卸连接，负极壳上端面上开设有第二中心孔，负极壳侧面开设有第二电极线接孔；
压力加载装置，所述压力加载装置包括垫片，所述垫片设置在第二中心孔内，垫片上端面开设有上中心孔、下端面开设有下中心孔，所述上中心孔中心位置设有向上延伸入第一中心孔内的凸柱，所述凸柱与第一中心孔相配合；凸柱位于上中心孔内的部分外套设有弹性件，凸柱上设有沿凸柱轴线方向延伸、且贯穿凸柱及垫片的气道，所述气道连通气路和下中心孔；所述下中心孔内设有透气板，所述透气板上开设有透气孔，透气板上端面距下中心孔顶壁一定距离、下端面与垫片下端面齐平；
样品，设置在所述透气板下方；
隔膜，设置在所述样品下方；
锂片，设置在所述隔膜下方；
所述正极壳、第一中心孔、第二中心孔、上中心孔、凸柱、气道、垫片、下中心孔、样品、隔膜、锂片、负极壳均同轴设置；
供气装置，与所述气路连通。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述正极壳、负极壳均为圆柱状，所述第一中心孔、第二中心孔、上中心孔、下中心孔均为圆孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述透气孔为多个，多个透气孔均布在以透气板的中心为圆心的圆上。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述透气孔为圆孔，透气孔的直径为0.5mm，相邻两透气孔圆心的间距为1.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述供气装置包括气管，所述气管的一端设有连接头、另一端设有压力传感器，所述正极壳上对应于气路的位置设有连接孔，所述连接头与连接孔螺纹连接，气管与气路连通。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，还包括第一绝缘套筒，所述第一绝缘套筒设置在垫片与第二中心孔内壁之间。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述正极壳与负极壳通过螺钉连接，且螺钉位于正极壳内的部分上套设有第二绝缘套筒。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述弹性件为弹簧。
9.根据权利要求6所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述第一绝缘套筒外壁上部、垫片外壁下部、凸柱侧壁上部均开设有密封槽，所述密封槽内均设有密封圈。
10.根据权利要求3所述的一种锂电池内部压力原位测量反应池，其特征在于，所述第一中心孔的深度为正极壳高度的1/2，所述下中心孔的深度为0.8mm，所述透气板的厚度为0.5mm。
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