CN211652616U - 对电池进行ct测试的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种对电池进行CT测试的装置。包括上盖、上压头、套筒、下压头及下盖，其中套筒的两端插设有上压头和下压头，上压头的外侧设有上盖，下压头的外侧设有下盖，上盖和下盖分别与套筒的两端螺纹连接，套筒内用于安装电池。本实用新型能够平行于隔膜方向对电池进行CT观测的装置，同时，能够记录这个过程中电池内部的压力变化，以更好地研究锂电池的枝晶生长情况，为解决锂枝晶的生长提供基础数据。

Description

对电池进行CT测试的装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种对电池进行CT测试的装置。

技术背景

锂电池在充放电过程中会生长枝晶，刺穿隔膜，进而导致电池失效，更严重的会造成局部短路，引起电池发热、甚至起火爆炸。同时，电池在充放电过程中、锂枝晶生长过程中均会引起电池内部形貌变化，宏观来看，即电池发生膨胀或收缩。

现代测试技术的发展，尤其是CT技术的发展使得可以原位的观察电池内部的形貌变化，但对圆柱电池而言，由于其较厚的金属外壳能够明显吸收CT测试过程中的X射线，导致CT成像不清，信噪比较低；对软包电池而言，其不论是软包电池的几何平面(即隔膜平面)与CT成像传感器平行相置，还是垂直相置(图11所示，软包电池几何平面与CT成像传感器几何位置关系示意图)，层层的金属集流体也将大幅度吸收CT测试过程中的X射线，使得图像分辨率下降成像质量较差。当降低软包电池的层数时，由于层数的降低使得中间层的受压情况与真实电池相差较大，因材，不能高还原度的反映出电池内部的压力和形貌变化。工业上对成品软包电池进行CT测试时，均采用超大功率平面源CT测试装置，其装置主体异常庞大，功耗非常高。这种装置是不适在基础研究的学校和研究所使用。目前作为基础研究的主战场，学校和研究所所研究的电池以扣电和薄层软包为主，扣电的不锈钢外壳也能大幅度吸收实验用CT测试装置的X射线，而薄层软包电池由于层数较少，离真实商用的软包电池相差较大。因此，如何能去除电池的金属外壳或者对电池原位加压而又不阻挡X射线的通过，成为解决这一问题的关键。

进一步的，目前尚无有效的实验用对电池进行CT测试的夹具。将薄层软包电池置于CT测试装置中时，当其几何平面与CT成像传感器垂直时，在CT映像重构过程中才能很好的反应锂电池枝晶的生长情况。但真是的情况是由于电池面积较大，很能做到其几何平面在测试的旋转过程中始终与CT成像传感器相垂直。虽然软件能够消除旋转时轴心偏移带来的误差，但对于生长尺度只有微米，亚微米的锂枝晶而言，有很大一部分枝晶信息被软件重构修正过程中错误的抹掉。锂电池在发生枝晶刺穿时以垂直于隔膜的生长为主，因此，若能平行于电池的几何平面(即隔膜平面)观测则可以非常清晰的得到整个锂枝晶的生长及发展过程。

为了解决上述问题，有必要提供一种能够平行于隔膜方向对电池进行CT观测的装置，同时，在测试过程中能够对电池加压，或者记录这个过程中电池内部的压力变化，以更好地研究锂电池的枝晶生长情况，为解决锂枝晶的生长提供基础数据。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种对电池进行CT测试的装置。该装置能够平行于隔膜方向对电池进行CT观测的装置，同时，能够记录这个过程中电池内部的压力变化，以更好地研究锂电池的枝晶生长情况，为解决锂枝晶的生长提供基础数据。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种对电池进行CT测试的装置，包括上盖、上压头、套筒、下压头及下盖，其中套筒的两端插设有上压头和下压头，所述上压头的外侧设有上盖，所述下压头的外侧设有下盖，所述上盖和所述下盖分别与所述套筒的两端螺纹连接，所述套筒内用于安装电池。

所述上压头与所述上盖之间设有压力传感器。

所述上盖的内壁上设有上盖螺纹，所述上盖的内侧底部设有与所述压力传感器接触的上盖加压面；所述上盖的侧壁上设有上盖导线引出孔。

所述套筒为中间细、两头粗的结构，并且沿轴线设有套筒贯穿孔。

所述套筒采用绝缘材料制成。

所述上压头和所述下压头为T型结构，均包括压头立柱和设置于所述压头立柱端部的压头受压面，所述压头立柱插设于所述套筒内。

所述上盖、上压头、下压头及下盖均采用金属材料制成。

所述上压头和所述下压头采用洛氏硬度大于35的金属材料制成。

所述上盖和所述下盖采用不锈钢材料。

所述上盖和所述下盖分别与电池测试仪的正、负极连接，进行测试。

本实用新型的优点及有益效果是：

本实用新型能够平行于隔膜方向对电池进行CT观测的装置，同时，能够记录这个过程中电池内部的压力变化，以更好地研究锂电池的枝晶生长情况，为解决锂枝晶的生长提供基础数据。

附图说明

图1是本实用新型对电池进行CT测试的装置的结构示意图；

图2是本实用新型对电池进行CT测试的装置的爆炸图；

图3是本实用新型中上盖的结构示意图；

图4是本实用新型中压力传感器的结构示意图；

图5是本实用新型中上压头的结构示意图；

图6是本实用新型中套筒的结构示意图；

图7是本实用新型下压头的结构示意图；

图8是本实用新型中下盖的结构示意图；

图9是本实用新型的测试过程示意图；

图10是本实用新型的组装示意图；

图11是软包电池几何平面与CT成像传感器几何位置关系示意图:(a)为软包电池几何平面与CT成像传感器相互垂直的示意图；(b)为软包电池几何平面与CT成像传感器相互平行的示意图。

图中：1为上盖，101为上盖导线引出孔，102为上盖螺纹，103为上盖加压面，2为压力传感器，201为压力传感器上端面，202为压力传感器下端面，203为压力传感器信号线，3为上压头，301为上压头立柱，302为上压头受压面，4为套筒，401为套筒贯穿孔，402为套筒上螺纹，403为套筒下螺纹，5为下压头，501为下压头立柱，502为下压头受压面，6为下盖，601为下盖螺纹，602为下盖加压面。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1-2所示，本实用新型提供的一种对电池进行CT测试的装置，包括上盖1、上压头3、套筒4、下压头5及下盖6，其中套筒4的两端插设有上压头3和下压头5，上压头3的外侧设有上盖1，下压头5的外侧设有下盖6，上盖1和下盖6分别与套筒4的两端螺纹连接，套筒4内用于安装电池。

进一步地，上压头3与上盖1之间设有压力传感器2，通过上盖1和下盖6压紧电池两端的的上压头3和下压头5，将压力传感器2贴合在上压头3，并且通过压力传感器2传递压力数值。

如图3所示，上盖1的内壁上设有上盖螺纹102，上盖1的内侧底部设有与压力传感器2接触的上盖加压面103；上盖1的侧壁上设有上盖导线引出孔104。

如图4所示，压力传感器2包括压力传感器上端面201、压力传感器下端面202及压力传感器信号线203，压力传感器信号线203由上盖导线引出孔104引出。

为了防止上压头3和下压头5晃动，保证压力平面平行，上压头3和下压头5采用T型结构，均包括压头立柱和设置于压头立柱端部的压头受压面，压头立柱插设于套筒内。

具体为：如图5所示，上压头3包括上压头立柱301和连接在上压头立柱301端部的上压头受压面302；如图7所示，下压头5包括下压头立柱501及连接在下压头立柱501端部的下压头受压面502。

如图8所示，下盖6的内壁上设有下盖螺纹601，下盖6的内侧底部设有下盖加压面602。

如图6所示，本实用新型的实施例中，为了减少对CT射线的阻挡，提高观测部分的清晰度，套筒4为中间细、两头粗的结构，即套筒4为“哑铃”结构。

套筒4上沿轴线设有套筒贯穿孔401，电池安装在套筒贯穿孔401内；套筒4的两头粗的部分设有套筒上螺纹402和套筒下螺纹403，套筒上螺纹402和套筒下螺纹403分别与上盖1和下盖6连接。

进一步地，套筒4采用绝缘材料制成。本实用新型的实施例中，套筒4采用对X射线吸收较小的PEEK、PTFE或ABS材质制成。

本实用新型的实施例中，为了保证电池内部各层之间紧密接触，上盖1和下盖6为“盖帽”结构，内部有螺纹，可以固定到套筒4上；上盖1深度较深，留有空间安装压力传感器2。上盖1的侧壁靠底端处有上盖导线引出孔，方便引出压力传感器2的信号线引出。

上盖1、上压头3、下压头5及下盖6均采用金属材料制成；优选地，上压头3和下压头5采用洛氏硬度大于35的金属材料制成，上盖1和下盖6可以采用普通不锈钢材料。上盖1和下盖6与电池测试仪的正负极连接，进行测试。

本实用新型对电池进行CT测试的装置的组装过程是：

压头3的上压头立柱301和下压头5的下压头立柱501装入套筒4的套筒贯穿孔401中，将下盖6的下盖加压面601贴合下压头5的下压头受压面502，下盖螺纹601旋紧套筒4的套筒下螺纹403；将压力传感器2的传感器下端面202贴合上压头3的上压头受压面301，上盖1的上盖加压面103贴合压力传感器2的传感器上端面201，传感器2的传感器信号线203从上盖1的上盖导线引出孔101引出，旋紧上盖螺纹102和套筒上螺纹402。

本实用新型的工作原理是：

如图9所示，使用时，先将下压头5插入套筒4，并旋紧下盖6。从套筒4上方装入电池，若只测试固态电解质时，加入电解质粉末。拍打套筒4使粉末平整。后装入上压头3，将压力传感器2放置在上压头3上，信号线从上盖1的侧孔引出，旋紧上盖1。通过调整上盖1的松紧，调整对固态电解质施加的压力，将整个装置放进CT测试仪中，将电池测试仪的正负极连接上盖1和下盖6，进行测试。X射线源发射的X射线投射入套筒4内的电池上，CT成像传感器接收电池透射的X射线信息。

如图10所示，套筒4内的电池结构由下至上依次为负极集流体、负极材料、隔膜、正极材料及正极集流体。

本实用新型配合CT测试装置对电池进行CT测试过程中，可以原位观察平行于隔膜方向电池内部的形貌变化、锂枝晶的成长状态及记录电池的内部压力变化，以更好地研究锂电池的枝晶生长情况，为解决锂枝晶的生长提供基础数据。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种对电池进行CT测试的装置，其特征在于，包括上盖(1)、上压头(3)、套筒(4)、下压头(5)及下盖(6)，其中套筒(4)的两端插设有上压头(3)和下压头(5)，所述上压头(3)的外侧设有上盖(1)，所述下压头(5)的外侧设有下盖(6)，所述上盖(1)和所述下盖(6)分别与所述套筒(4)的两端螺纹连接，所述套筒(4)内用于安装电池。

2.根据权利要求1所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上压头(3)与所述上盖(1)之间设有压力传感器(2)。

3.根据权利要求2所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上盖(1)的内壁上设有上盖螺纹(102)，所述上盖(1)的内侧底部设有与所述压力传感器(2)接触的上盖加压面(103)；所述上盖(1)的侧壁上设有上盖导线引出孔(104)。

4.根据权利要求2所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述套筒(4)为中间细、两头粗的结构，并且沿轴线设有套筒贯穿孔(401)。

5.根据权利要求4所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述套筒(4)采用绝缘材料制成。

6.根据权利要求2所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上压头(3)和所述下压头(5)为T型结构，均包括压头立柱和设置于所述压头立柱端部的压头受压面，所述压头立柱插设于所述套筒(4)内。

7.根据权利要求2所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上盖(1)、上压头(3)、下压头(5)及下盖(6)均采用金属材料制成。

8.根据权利要求7所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上压头(3)和所述下压头(5)采用洛氏硬度大于35的金属材料制成。

9.根据权利要求7所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上盖(1)和所述下盖(6)采用不锈钢材料。

10.根据权利要求7所述的对电池进行CT测试的装置，其特征在于，所述上盖(1)和所述下盖(6)分别与电池测试仪的正、负极连接，进行测试。

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