CN217278828U - 一种电池原位产气检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池原位产气检测装置，包括容器和气体检测器；容器的容腔设有正极安装部和负极安装部；容腔的顶端局部向上隆突、以形成气腔；气腔包括分散的正极气腔和负极气腔；正极气腔紧邻且设于正极安装部的上方，负极气腔紧邻且设于负极安装部的上方；正、负极气腔分别连通于气体检测器；正、负极安装部均低于容腔的电解液液位以浸没正、负极极片，正、负极气腔二者底端均低于容腔的电解液液位以封隔正、负极气腔。正、极极片浸没于同一电解液中，还原正、负极极片在电芯内的实际结构和工作状态；正、负极气腔分别收集正、负极极片电解时产生的气体以实现单独检测，可以最大程度地还原电池电芯的产气状态，更加准确的研究电芯产气机理。

Description

一种电池原位产气检测装置

技术领域

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电池原位产气检测装置。

背景技术

目前，电池产气的测试装置主要分为两种，以锂离子电池为例，第一种产气测试方式是监控整个电池的产气，第二种产气测试方式是将锂离子电池充满电后拆解，对锂离子电池的正极和负极分开进行产气测试。

采用上述第一种产气测试方式时，锂离子电池的正极和负极产生的气体混合，无法确定正极和负极各自的产气种类，进而无法准确判断反应机理。采用上述第二种产气测试方式时，由于锂离子电池已经拆分，因此只能测定锂离子电池在分解状态下的产气，无法对锂离子电池进行原位分析，例如无法实现重放电过程、化成等条件下的产气分析作业。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种电池原位产气检测装置，可以实现电池的原位分析，准确测定电池的正极和负极的各自产气。

为实现上述目的，本申请提供一种电池原位产气检测装置，包括容器和气体检测器；容器内设有用于盛装电解液的容腔；容腔设有用于装卡正极极片的正极安装部和用于装卡负极极片的负极安装部；容腔的顶端局部向上隆突、以形成气腔；气腔包括相互分散的正极气腔和负极气腔；正极气腔紧邻且设于正极安装部的上方，负极气腔紧邻且设于负极安装部的上方；正极气腔和负极气腔分别连通于气体检测器；正极安装部和负极安装部均低于容腔的电解液液位以浸没正极极片和负极极片，正极气腔和负极气腔二者的底端均低于容腔的电解液液位以封隔正极气腔和负极气腔。

在一些实施例中，气体检测器设于容器外；容器外设有分别与正极气腔和负极气腔连通的通气管；两个通气管独立连通于气体检测器。

在一些实施例中，容器外还设有分别与正极气腔和负极气腔连通的吹扫管；全部吹扫管均连接于吹扫气供气设备。

在一些实施例中，任一扫吹管和/或任一通气管均设有阀。

在一些实施例中，正极安装部和负极安装部均设于容器的两对侧。

在一些实施例中，正极安装部和负极安装部均设置有极片卡槽。

在一些实施例中，极片卡槽贴合于容器的内壁。

在一些实施例中，容器的顶面设有可拆卸的正极容器密封盖和负极容器密封盖；正极容器密封盖位于正极气腔和正极安装部二者的正上方，负极容器密封盖位于负极气腔和负极安装部二者的正上方。

在一些实施例中，容器的底端设有放液口。

在一些实施例中，容器具体为透明玻璃箱。

相对于上述背景技术，本申请所提供的电池原位产气检测装置包括容器和气体检测器。

容器内设有容腔、正极安装部和负极安装部；容腔用于盛装电解液，正极安装部和负极安装部均处于容腔内，正极安装部用于装卡正极极片，负极安装部用于装卡负极极片。

容腔的顶端局部向上隆突，形成气腔；前述气腔包括相互分散的正极气腔和负极气腔；正极气腔和负极气腔分别连通于气体检测器。其中，正极气腔紧邻且设于正极安装部的上方，负极气腔紧邻且设于负极安装部的上方。

对于正极安装部和负极安装部而言，正极安装部和负极安装部均低于容腔的电解液液位，从而实现浸没正极极片和负极极片。对于正极气腔和负极气腔而言，正极气腔的底端和负极气腔的底端均低于容腔的电解液液位，从而利用电解液封隔正极气腔和负极气腔。

正极极片和负极极片浸没于同一电解液中，正极极片产生的气体会向上翻涌并进入正极气腔；负极极片产生的气体会向上翻涌并进入负极气腔。

由此可见，本申请所提供的电池原位产气检测装置既可以还原正极极片和负极极片在电芯内的实际结构和工作状态，又可以对正极极片和负极极片产生的气体分开收集和单独分析，可以最大程度地还原电池电芯的产气状态，更加准确的研究电芯产气机理，适用于电池的充放电产气测试作业和超级电容的电化学腐蚀、催化研究作业。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置在极片卡槽处的局部结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置在正极容器密封盖处的局部结构示意图。

其中，01-电解液、02-正极极片、03-负极极片、1-容器、11-正极气腔、12-负极气腔、131-正极容器密封盖、132-负极容器密封盖、130-金属圈、1300-橡胶圈、13000-玻璃盖板、14-放液口、2-极片卡槽、3-通气管、4-吹扫管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置的结构示意图；图2为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置在极片卡槽处的局部结构示意图；图3为图2的右视图；图4为本申请实施例所提供的电池原位产气检测装置在正极容器密封盖处的局部结构示意图。

本申请提供一种电池原位产气检测装置，请参考图1，包括气体检测器和容器1。

该实施例中，容器1内具有用于盛装电解液01的容腔。

容腔内设有正极安装部和负极安装部，前述正极安装部用于装卡正极极片02，前述负极安装部用于装卡负极极片03。当然，装卡于正极安装部的正极极片02和装卡于负极安装部的负极极片03均浸没于电解液01内。

容腔的顶端局部向上隆突，可形成用于收集正、负极极片03电解时产生的气体的气腔；容腔的气腔包括相互分散的正极气腔11和负极气腔12，换言之，容腔的顶端至少存在两处互不相邻的隆突部位，其中一处隆突部位作为正极气腔11，用于收集正极极片02电解时产生的气体，另外一处隆突部位作为负极气腔12，用于收集负极极片03电解时产生的气体。

上述正极气腔11紧邻正极安装部且设于正极安装部的上方，因此正极极片02电解时产生的绝大部分气体会向上翻涌并进入正极气腔11；与之类似的，上述负极气腔12紧邻负极安装部且设于负极安装部的上方，因此负极极片03电解时产生的绝大部分气体会向上翻涌并进入负极气腔12。

在该实施例中，极片安装部的高度、正极气腔11和负极气腔12二者的底端高度、容腔的电解液液位高度依次递增，换言之，极片安装部的高度低于容腔内电解液液位高度，确保正极极片02和负极极片03均可以浸没于电解液01；正极气腔11的底端高度和负极气腔12的底端高度均低于容腔内电解液液位高度，换言之，容腔内的电解液液位高度既高于正极气腔11的底端高度，也高于负极气腔12的底端高度，因此，容腔内的电解液01将正极气腔11和负极气腔12封隔开来，使得正极气腔11和负极气腔12互不连通，避免收集于正极气腔11内的气体和收集于负极气腔12内的气体混合。其中，收集于正极气腔11内的气体对应于图1所示的正极产气，收集于负极气腔12内的气体对应于图1所示的负极产气。

由此可见，本申请所提供的电池原位产气检测装置既可以令正极极片02和负极极片03浸没于同一电解液01中，还原正极极片02和负极极片03在电芯内的实际结构和工作状态，又可以利用正极气腔11和负极气腔12分别收集正极极片02和负极极片03电解时产生的气体，将正极极片02和负极极片03产生的气体分开收集和单独分析，可以最大程度地还原电池电芯的产气状态，更加准确的研究电芯产气机理，可应用于电池的充放电产气测试作业和超级电容的电化学腐蚀、催化研究作业。

下面结合附图和实施方式，对本申请所提供的电池原位产气检测装置做更进一步的说明。

在一些实施例中，请参考图1，气体检测器设于容器1外，与此同时，容器1外设有两个分别与正极气腔11和负极气腔12连通的通气管3，这两个通气管3独立连通于气体检测器，实现分别将收集于正极气腔11的气体和收集于负极气腔12的气体引入气体检测器，由气体检测器对前述气体进行检测分析。

举例来说，该电池原位产气检测装置设有与正极气腔11连通的正极通气管3和与负极气腔12连通的负极通气管3，前述正极通气管3的另一端连通于气体检测器的正极进气口，前述负极通气管3的另一端连通于气体检测器的负极进气口。

当正极极片02和负极极片03在容器1内的电解液01中发生电解反应时，正极极片02产生的气体向上翻涌并收集于正极气腔11内，前述气体可沿正极通气管3向气体检测器的正极进气口流动，前述气体自正极进气口进入气体检测器后，气体检测器对前述气体自动检测分析；负极极片03产生的气体向上翻涌并收集于负极气腔12内，前述气体可沿负极通气管3向气体检测器的负极进气口流动，前述气体自负极进气口进入气体检测器后，气体检测器对前述气体自动检测分析。

通常，常规尺寸的正极极片02和负极极片03发生电解反应时产生的气体量有限，为了令气体检测器准确检测分析正极极片02和负极极片03电解时产生的气体，除了通气管3以外，本申请所提供的电池原位产气检测装置还设有分别与正极气腔11和负极气腔12连通的吹扫管4。

为了方便描述，以下将正极极片02和负极极片03电解时产生的气体成为电解气体。上述实施例中，吹扫管4的一端连接于吹扫气供气设备，吹扫管4的另一端连接于正(负)极气腔，吹扫气供气设备可以向正(负)极气腔内通入不干扰气体检测器检测分析作业的氩气等特殊气体，用于驱赶收集于正(负)极气腔的电解气体沿通气管3向气体检测器流动，提高电解气体向气体检测器流动的速度，令尽可能多的电解气体进入气体检测器。

一般来说，正极气腔11连接有一个吹扫管4和一个通气管3，该吹扫管4可视为正极吹扫管4，该通气管3即为上文提及的正极通气管3。同理，负极气腔12连接有一个吹扫管4和一个通气管3，该吹扫管4可视为负极吹扫管4，该通气管3即为上文提及的负极通气管3。

无论是吹扫管4还是通气管3，均可设置阀以控制对应管道的通断状态和流量，从而调节正极极片02和负极极片03二者产生的电解气体进入气体检测器的速度和先后顺序。

此外，正极气腔11和负极气腔12也可分别设置用于安装气体检测元件、传感器等检测器件的安装口，方便对收集于正极气腔11和负极气腔12内的电解气体快速实现初步检测。

在本申请所提供的部分实施例中，该电池原位产气检测装置的两个极片安装部设于容器1的两对侧，例如，容器1为内部设有矩形空腔的玻璃容器1，两个极片安装部可以分别安装于前述玻璃容器1的两个相对分布的内壁，此外，两个极片安装部也可以分别安装于前述玻璃容器1的两个相对分布的对角。

上述实施例中，一方面极片安装部贴近玻璃容器1的内壁，玻璃容器1既能够为极片安装部提供稳固可靠的定位支撑，也易于操作人员快速准确地向极片安装部内装卡正极极片02和负极极片03；另一方面，两个极片安装部的间距大，相应地，与这两个极片安装部相对应的正极气腔11和负极气腔12此二者的间距大，可以尽可能避免正、负极极片03产生的气体经由电解液01实现混杂。

请参考图2和图3，对于上述极片安装部而言，其可包括极片卡槽2。该极片卡槽2具有至少一个敞口，操作人员可以自前述敞口将正极极片02和负极极片03插入极片卡槽2内。通常，极片卡槽2的敞口与容器1的电解液灌装口此二者的朝向相同；电解液灌装口的尺寸大于正极极片02的尺寸，也大于负极极片03的尺寸，因此，操作人员可以自电解液灌装口将正极极片02和负极极片03移入容器1，然后将正极极片02和负极极片03自敞口插入极片卡槽2。

上述极片卡槽2可设于容器1的内壁。例如，容器1的内壁固定有多个L型卡件，多个L型卡件以正(负)极极片的片状轮廓分散固定于容器1的内壁，且多个L型卡件的弯杆均朝向同一中心。前述多个L型卡件在容器1的内壁附近约束形成一个可卡紧正(负)极极片的狭窄空腔，此狭窄空腔即为极片卡槽2。

以正极极片02为例，正极极片02插入极片卡槽2时，位于正极极片02的左侧的L型卡件的弯杆朝右延伸，位于正极极片02的右侧的L型卡件的弯杆朝左延伸，位于正极极片02的下侧的L型卡件的弯杆朝上延伸。当然，正极极片02的上侧可不设置L型卡件，实现正极极片02可以自上而下插入极片卡槽2。

正极极片02插入极片卡槽2时，正极极片02和极片卡槽2相对固定，正极极片02的其中一侧表面贴紧容器1的内壁。此举既可以简化极片卡槽2的结构，也有利于降低正极极片02在容器1内的安装难度并提高正极极片02在容器1内的定位强度。

以上仅为极片卡槽2的一种具体结构示例，本申请还可以采用其他凹槽或者卡扣组件作为用于装卡定位正极极片02和负极极片03的极片安装部。

通常，负极极片03的尺寸大于正极极片02的尺寸，例如，正极极片02和负极极片03均呈矩形片状，则负极极片03的长度大于正极极片02的长度，负极极片03的宽度大于正极极片02的宽度。前述正极极片02和负极极片03在容器1内平行且相对分布，沿正极极片02和负极极片03的法线方向来看，正极极片02的投影完全处于负极极片03的投影内。

当然，为了满足正极极片02和负极极片03在电解液01内的电解作业要求，正极极片02和负极极片03分别连接有导线，此导线可以通过正极片用专用导电夹和负极片用专用导电夹分别连接正极极片02和负极极片03，也可以采用超声焊接、激光焊接、锡焊等方式分别焊接于正极极片02和负极极片03。前述导线密封穿设容器1，从而与容器1外的充放电柜连接。

在一些实施例中，可参考图1，本申请所提供的电池原位产气检测装置还设有正极容器1密封盖131和负极容器1密封盖132。前述正极容器1密封盖131和负极容器1密封盖132均可拆卸地设于容器1的顶面，例如，容器1的顶面设有正极容器1口和负极容器1口，正极容器1密封盖131可嵌入且密封配合于正极容器1口，负极容器1密封盖132可嵌入且密封配合于负极容器1口。

其中，正极容器1口和负极容器1口可作为前文所提及的电解液灌装口，也就是说，正极容器1密封盖131拆离正极容器1口时，操作人员可以自正极容器1口向容器1内灌入电解液01，也可以自正极容器1口向容器1内装入正极极片02，同理，负极容器1密封盖132拆离负极容器1口时，操作人员可以自负极容器1口向容器1内灌入电解液01，也可以自负极容器1口向容器1内装入负极极片03。

当正、负极极片03均装卡于容器1内且容器1内灌装好足量的电解液01时，操作人员将正极容器1密封盖131塞入正极容器1口，实现利用正极容器1密封盖131密封封堵正极容器1口，同时将负极容器1密封盖132塞入负极容器1口，实现利用负极容器1密封盖132密封封堵负极容器1口。

可参考图1和图4，以正极容器1口和正极容器1密封盖131为例，采用正极容器1密封盖131密封封堵正极容器1口时，正极容器1密封盖131可包括橡胶圈1300、金属圈130和玻璃盖板13000；橡胶圈1300设于正极容器1口的端部，玻璃盖板13000压覆于橡胶圈1300和正极容器1口的端部，金属圈130套设并加固密封于正极容器1口、橡胶圈1300和玻璃盖板13000三者外周。

据上可知，操作人员自正极容器1口和负极容器1口向容器1内灌装电解液01并装卡正、负极极片03，因此，为了方便操作人员操作，正极容器1口位于正极气腔11和正极安装部二者的正上方，相应地，用于密封封堵正极容器1口的正极容器1密封盖131也就位于正极气腔11和正极安装部二者的正上方。同理，负极容器1口位于负极气腔12和负极安装部二者的正上方，相应地，用于密封封堵负极容器1口的负极容器1密封盖132也就位于负极气腔12和负极安装部二者的正上方。

一般来说，正极容器1口和负极容器1口任意一者的尺寸不小于操作人员的手掌的尺寸，换句话说，操作人员可以持握正、负极极片03并将正、负极极片03分别伸入正、负极容器1口内。当然，操作人员也可以借助镊子等工具将正、负极极片03分别装卡于正极安装部和负极安装部，此时，正极容器1口和负极容器1口可以小于操作人员的手掌的尺寸。

在本申请所提供的部分实施例中，容器1的底端设有放液口14，放液口14用于排放容器1内的电解液01。显然，当正极极片02和负极极片03在电解液01内发生电解反应时，放液口14处于关闭状态；当正极极片02和负极极片03已经完成电解反应后，操作人员可以手动打开放液口14，令容器1内的电解液01自放液口14全部排出。需要清洗容器1时，放液口14也可以用于排放清洗废液。

上述容器1具体可设置为耐腐蚀的透明玻璃箱，方便操作人员向容器1内灌装电解液01并装卡正、负极极片03，也方便操作人员随时观察容器1内的反应状态。

综上，本申请所提供的电池原位产气检测装置可以用于锂离子电池、钠离子电池等电池的充放电产气测试作业，还可以用于超级电容器1、电化学腐蚀或催化的研究作业。例如，采用该电池原位产气检测装置可研究化成过程中电池的正负极产生的气体成分，进而分析和研究电池的正负极的气体产生机理；也可用于在过充、过放时研究正负极的产气机理等。前述操作均可以实现原位分析，既能够还原电芯在电池内的实际结构和工作状态，还能够将电芯的正负极产生的气体分开，因此可以最大程度地还原电池电芯的产气状态，更加准确的研究电芯产气机理。

以上对本申请所提供的电池原位产气检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池原位产气检测装置，其特征在于，包括容器(1)和气体检测器；所述容器(1)内设有用于盛装电解液(01)的容腔；所述容腔设有用于装卡正极极片(02)的正极安装部和用于装卡负极极片(03)的负极安装部；所述容腔的顶端局部向上隆突、以形成气腔；所述气腔包括相互分散的正极气腔(11)和负极气腔(12)；所述正极气腔(11)紧邻且设于所述正极安装部的上方，所述负极气腔(12)紧邻且设于所述负极安装部的上方；所述正极气腔(11)和所述负极气腔(12)分别连通于所述气体检测器；所述正极安装部和所述负极安装部均低于所述容腔的电解液液位以浸没正极极片(02)和负极极片(03)，所述正极气腔(11)和所述负极气腔(12)二者的底端均低于所述容腔的电解液液位以封隔所述正极气腔(11)和所述负极气腔(12)。

2.根据权利要求1所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述气体检测器设于所述容器(1)外；所述容器(1)外设有分别与所述正极气腔(11)和所述负极气腔(12)连通的通气管(3)；两个所述通气管(3)独立连通于所述气体检测器。

3.根据权利要求2所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述容器(1)外还设有分别与所述正极气腔(11)和所述负极气腔(12)连通的吹扫管(4)；全部所述吹扫管(4)均连接于吹扫气供气设备。

4.根据权利要求3所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，任一所述吹扫管(4)和/或任一所述通气管(3)均设有阀。

5.根据权利要求1所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述正极安装部和所述负极安装部分别设于所述容器(1)的两对侧。

6.根据权利要求5所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述正极安装部和所述负极安装部均设置有极片卡槽(2)。

7.根据权利要求6所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述极片卡槽(2)贴合于所述容器(1)的内壁。

8.根据权利要求5所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述容器(1)的顶面设有可拆卸的正极容器密封盖(131)和负极容器密封盖(132)；所述正极容器密封盖(131)位于所述正极气腔(11)和所述正极安装部二者的正上方，所述负极容器密封盖(132)位于所述负极气腔(12)和所述负极安装部二者的正上方。

9.根据权利要求1至8任一项所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述容器(1)的底端设有放液口(14)。

10.根据权利要求1至8任一项所述的电池原位产气检测装置，其特征在于，所述容器(1)具体为透明玻璃箱。

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