本發(fā)明涉及儲能領(lǐng)域，更具體涉及一種在線檢測軟包裝鋰離子電池脹氣量的裝置和檢測方法。

背景技術(shù)：
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鋰離子電池具有能量密度高、功率特性好、循環(huán)壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車和新能源儲能等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。按電池材料類型可分為磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰和鈦酸鋰等電池體系；按電池外包裝又可分為金屬外殼鋰離子電池、塑殼鋰離子電池和鋁塑膜軟包裝鋰離子電池。其中鋁塑膜軟包裝鋰離子電池包裝較輕，電池的能量密度較高，生產(chǎn)工藝相對簡單，正在成為主流包裝的鋰離子電池。但是軟包裝鋰離子電池在發(fā)生副反應(yīng)時容易脹氣，尤其是具有儲能和電動汽車應(yīng)用前景的鈦酸鋰鋰離子電池，其脹氣現(xiàn)象尤為突出。鋰離子電池一旦脹氣，正負(fù)極片間的接觸將不再緊密，使得電池內(nèi)阻顯著增加，電池的循環(huán)性能急劇下降。

對于軟包裝離子電池的脹氣現(xiàn)象，現(xiàn)在已經(jīng)引起了廣泛的重視。很多研究人員開始對其進(jìn)行專門的研究。其中對脹氣組分分析的研究較多，研究表明軟包裝鋰離子電池產(chǎn)生的氣體主要包括二氧化碳、一氧化碳、氫氣、甲烷等，對于不同的電池類型，產(chǎn)生的氣體種類有較大差異。比如鈦酸鋰電池產(chǎn)生的氣體絕大多數(shù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)比)是氫氣，也有少量的一氧化碳和二氧化碳；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)生的氣體主要是二氧化碳和甲烷；錳酸鋰電池產(chǎn)生的氣體主要是甲烷和一氧化碳。對于軟包裝鋰離子電池脹氣條件的研究也有較多報(bào)道，循環(huán)次數(shù)、環(huán)境溫度和充放電方式對電池脹氣快慢有很大的影響，電池開始產(chǎn)氣的前100個循環(huán)電池的產(chǎn)氣量增加迅速，隨后循環(huán)次數(shù)越多，產(chǎn)氣速率越低。研究溫度對軟包裝鋰離子電池脹氣影響時發(fā)現(xiàn)，40℃、55℃、70℃和80℃下電池?cái)R置或充放電，對脹氣氣體進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣體的 種類沒有很大變化，說明溫度對副反應(yīng)的種類沒有影響，但是氣體產(chǎn)生的速率隨環(huán)境溫度的升高而加快。此外脹氣速度、氣體種類還與電池中電解液的溶劑組分、添加劑種類以及電解液添加量都有一定關(guān)系。

對于軟包裝鋰離子電池脹氣機(jī)理的研究和抑制脹氣的研究相對比較少，并且對脹氣機(jī)理的分析存在較大差異。有一些研究者認(rèn)為電池中存在少量的水分是產(chǎn)氣氣體的主要原因，水分誘導(dǎo)電解液分解從而產(chǎn)生較多的氫氣和烷烴。還有一些研究者認(rèn)為電極材料中的過渡金屬元素催化是加速電解液分解的主要原因。機(jī)理的不清晰，直接導(dǎo)致對于抑制鋰離子電池脹氣現(xiàn)象的研究目標(biāo)不清晰。目前對于抑制電池脹氣的研究主要手段是降低電池制作時環(huán)境濕度以及在電解液中添加特定抑制脹氣添加劑。降低電池制作環(huán)境濕度將會較大提高鋰離子電池制作成本，而在電解液中添加抑制脹氣添加劑方法同樣困難，主要是對于脹氣機(jī)理研究不透徹，從而造成添加劑的選擇針對性強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種在線檢測軟包裝鋰離子電池脹氣量的裝置和檢測方法，厘清電池脹氣機(jī)理，解決了包裝鋰離子電池脹氣的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置，包括：用于放置電池和液體介質(zhì)的箱體、箱體頂蓋和垂直設(shè)置在所述頂蓋上的體積測量桶；所述箱體的側(cè)壁上設(shè)有電池測試儀連接線入口、溫度傳感器線出口和電池排氣管出口；所述電池分別通過所述電池測試儀連接線入口和溫度傳感器線出口與各自對應(yīng)的電池測試儀和溫度傳感器連接；所述電池設(shè)有排氣管并通過排氣管出口將所述排氣管與用于測量所述電池的內(nèi)部壓強(qiáng)的附加件連接。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置，所述附 加件包括四通管件；所述四通管件中一個端口與所述排氣管連接；與所述端口相對的另一個端口連接壓強(qiáng)傳感器；其他兩個端口分別為氣體取樣口和抽氣口；所述抽氣口上設(shè)有氣體閥門。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置，所述電池上設(shè)有電池測試儀連接線和溫度傳感器連接線；所述電池測試儀連接線分別與電池正極和負(fù)極連接。

本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置，所述箱體與箱體頂蓋之間設(shè)有密封墊；所述箱體頂蓋通過螺栓與所述箱體密封。

本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置，當(dāng)所述電池放入箱體內(nèi)，通過所述電池測試儀連接線入口、溫度傳感器線出口和電池排氣管出口分別引出電池測試儀連接線、溫度傳感器連接線和電池排氣管，將所述電池測試儀連接線入口、溫度傳感線出口和電池排氣管出口用密封膠密封。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量在線檢測裝置的檢測方法，包括：

將脹氣的所述電池放入所述箱體中；

讀取所述體積測量桶的數(shù)值；

讀取所述溫度傳感器和壓強(qiáng)傳感器的數(shù)值；

確定所述電池脹氣的物質(zhì)的量。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置的檢測方法，根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV＝NRT，確定所述電池脹氣的物質(zhì)的量；其中，P為壓強(qiáng)，V為體積，N為物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，T為溫度。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置的檢測方法，在讀取所述體積測量桶的數(shù)值前還包括；

通過所述抽氣口進(jìn)行抽氣，保證所述電池排氣管內(nèi)部真空，關(guān)閉所述氣體閥門。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置的檢測方法，在確定所述電池脹氣的物質(zhì)的量前還包括：通過氣體取樣口在線取樣，根據(jù)氣體分析儀器分析出氣體的組分和含量。

本發(fā)明提供的一種軟包裝鋰離子電池脹氣量的在線檢測裝置的檢測方法，在讀取所述溫度傳感器和壓強(qiáng)傳感器的數(shù)值后還包括：再次讀取所述體積測量桶的數(shù)值，確定兩次讀取的體積測量桶的數(shù)值的差值。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案與傳統(tǒng)排水法測量脹氣量相比，測量準(zhǔn)確，誤差較?。?/p>

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案與傳統(tǒng)排水法測量脹氣量相比，測量脹氣體積、溫度和壓強(qiáng)；

3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)在線原位檢測電池脹氣量；

4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案可為軟包裝鋰離子電池脹氣機(jī)理研究和抑制脹氣研究提供關(guān)鍵的在線數(shù)據(jù)；

5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案不但可以原位檢測軟包裝鋰離子電池脹氣量，還可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時對脹氣樣品進(jìn)行取樣，從而為后續(xù)在線檢測氣體組分和含量提供基礎(chǔ)和保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的裝置內(nèi)部液體介質(zhì)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的軟包裝鋰離子電池及附加鏈接管線示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的電池排氣管附加件示意圖；

其中，1-體積測量桶，2-箱體頂蓋，3-箱體，4-電池測試儀連接線入口，5-螺栓，6-橡膠密封墊，7-溫度傳感線出口，8-電池排氣管出口，9-液體介質(zhì)，10-電池，11-電池正極，12-電池負(fù)極，13-電池測試儀連接線，14-溫度傳感器連接線，15-溫度傳感器，16-電池排氣管，17-四通管件，18-氣體取樣口，19-壓強(qiáng)傳感器，20-氣體閥門，21-抽氣口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供的一種在線檢測軟包裝鋰離子電池脹氣量的裝置和檢測方法；所述裝置包括如圖1所示：包括體積測量桶1，上面帶有刻度，可讀出上升液體的體積；有機(jī)玻璃箱體頂蓋2，與箱體3之間隔有橡膠密封墊6，然后采用螺栓5密封；箱體3一側(cè)面設(shè)有電池測試儀連接線入口4，箱體3外部與電池測試儀連接，箱體3內(nèi)部與電池10連接，保證電池正常的充放電測試；箱體3另一側(cè)面有溫度傳感線出口7和電池排氣管出口8，且分別是溫度傳感器連接線14和電池排氣管16的出口。整個箱體3為有機(jī)玻璃材質(zhì)。

通過排液法測量脹氣體積；通過溫度傳感器15測出電池10內(nèi)部溫度，即氣體溫度；根據(jù)壓強(qiáng)傳感器19測出氣體壓強(qiáng)，然后根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV＝NRT，準(zhǔn)確的計(jì)算出氣體的物質(zhì)的量。圖2是為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的裝置內(nèi)部 液體介質(zhì)示意圖，體積測量桶1穿過有機(jī)玻璃箱體頂蓋2，到達(dá)箱體內(nèi)的PFPE液體介質(zhì)9液面以下適合位置，液態(tài)PFPE(全氟聚醚)是一種常溫高溫都不易揮發(fā)的化合物，充滿整個裝置的箱體。記錄實(shí)驗(yàn)前液面在體積測量桶1內(nèi)的位置，然后記錄實(shí)驗(yàn)任一時刻液面位置，兩者相減即為該時間短內(nèi)電池脹氣體積V。

圖3是本發(fā)明提供的技術(shù)方案的軟包裝鋰離子電池及附加鏈接管線示意圖，其中，溫度傳感器15，用來記錄電池內(nèi)部氣體溫度T；電池排氣管16，穿過電池排氣管出口8，在箱體3外部與四通管件17連接。測試過程是把電池10放入箱體3內(nèi)，浸泡在箱體3內(nèi)的液體介質(zhì)9中，引出電池測試儀連接線13、溫度傳感器連接線14和電池排氣管16，然后將電池測試儀連接線入口4、溫度傳感線出口7和電池排氣管出口8用密封膠密封。

圖4是本發(fā)明提供的技術(shù)方案的電池排氣管附加件示意圖，其中，氣體取樣口18、壓強(qiáng)傳感器19和氣體閥門20分別于四通管件17另外三端相連，因?yàn)殡姵?0初始狀態(tài)內(nèi)部接近真空，因此開始實(shí)驗(yàn)前應(yīng)通過抽氣口21抽真空，保證電池連接管件內(nèi)部真空，然后關(guān)閉氣體閥門20。電池10充放電過程中產(chǎn)生的氣體可以通過氣體取樣口18在線取樣，后續(xù)由氣相色譜儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析出氣體的組分和含量，通過壓強(qiáng)傳感器19讀出電池內(nèi)部實(shí)時壓強(qiáng)P，結(jié)合上述溫度T和體積V，根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV＝NRT，準(zhǔn)確的計(jì)算出氣體的物質(zhì)的量。

由于軟包裝鋰離子電池脹氣過程電池內(nèi)部溫度、壓強(qiáng)也會隨之發(fā)生變化，同時電池在充電過程或放電過程不同狀態(tài)產(chǎn)生的氣體組分、含量也會不同。在線測量脹氣量和在線檢測脹氣組分與含量是厘清脹氣機(jī)理以及解決脹 氣問題的技術(shù)難題。

綜上所述解決軟包裝鋰離子電池脹氣問題的基礎(chǔ)是厘清電池脹氣機(jī)理，脹氣機(jī)理的研究關(guān)鍵是在線測量脹氣量和在線檢測脹氣組分與含量。之前的測量脹氣量的技術(shù)主要是排水法測量，但是電池脹氣過程內(nèi)部溫度和壓強(qiáng)都會出現(xiàn)較大變化，因此排水法測量脹氣量不夠準(zhǔn)確。同時，以往的測量脹氣的方法不能實(shí)現(xiàn)在線取樣檢測氣體組分和含量，而本申請?zhí)峁┝艘环N在線檢測軟包裝鋰離子電池脹氣量的方法和裝置，可解決在線準(zhǔn)確測量脹氣量和在線取樣這一技術(shù)難題。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。