本發(fā)明涉及高安全性鋰離子電池研發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于監(jiān)測大型鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)生發(fā)展過程中內(nèi)部溫度與壓力變化的裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活要求的日益提高，鋰離子電池在大規(guī)模應(yīng)用上需要更快的充放電倍率和更大的容量。而這些因素的增加會(huì)極大的影響電池本身的安全性。例如電池在充放電循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，加之空間受限和時(shí)間積累的效應(yīng)，易引發(fā)單體電池的溫度升高，當(dāng)超過電池正常工作溫度范圍后，單體電池內(nèi)部材料會(huì)發(fā)生分解，提高電池內(nèi)部的壓力。如果溫度不能及時(shí)控制，會(huì)引發(fā)電池的熱失控。而這類安全風(fēng)險(xiǎn)對于裝載大量鋰離子電池單元的電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等是不能容許的。
目前各國的科學(xué)家都在研究如何提高電池的安全性。本發(fā)明可以從溫度和壓力兩個(gè)方面解決科學(xué)家關(guān)切的鋰離子電池安全性能的技術(shù)問題，得到包括充放電、高溫、過充過放以及針刺擠壓等實(shí)驗(yàn)工況下的電池內(nèi)部溫度與壓力變化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為研發(fā)安全性能鋰離子電池，監(jiān)測大型鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)生發(fā)展過程中內(nèi)部溫度與壓力變化。具體通過熱電偶和壓力傳感器實(shí)時(shí)傳輸相應(yīng)電池材料在充放電過程、過充過放、高溫?zé)嵯涞裙r條件下電池內(nèi)部的溫度和壓力信號。從而優(yōu)化電池設(shè)計(jì)方案。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于監(jiān)測大型鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)生發(fā)展過程中內(nèi)部溫度與壓力變化的裝置，包括螺母、電池殼蓋板、熱電偶固定結(jié)構(gòu)件、緊固螺母蓋、熱電偶、中空銅球、壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件、螺紋塞、電極材料、螺母和壓力傳感器，在電池殼蓋板與電極材料焊接之前，螺母、電池殼蓋板、熱電偶固定結(jié)構(gòu)件、緊固螺母蓋和熱電偶要通過結(jié)構(gòu)件上的螺紋提前固定，嵌于緊固螺母蓋與熱電偶固定結(jié)構(gòu)件之間的中空銅球需要被扭轉(zhuǎn)變形，以起到密封熱電偶與熱電偶固定結(jié)構(gòu)件和緊固螺母蓋之間縫隙的作用，熱電偶固定結(jié)構(gòu)件與緊固螺母蓋在與銅球接觸設(shè)計(jì)均采用凹面設(shè)計(jì)，螺母和壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件需與電池殼蓋板提前通過壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件上螺紋固定，并在電池做注液、化成分容時(shí)，用螺紋塞將壓力傳感器口封堵。
進(jìn)一步地，電池化成分容之后，在測量電池內(nèi)部壓力時(shí)，需在水、氧含量較低的環(huán)境中將螺紋塞取出并將壓力傳感器旋入壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件中，壓力傳感器需要能耐400℃左右高溫環(huán)境中使用。
進(jìn)一步地，為能測量到電池失控時(shí)內(nèi)部溫度，熱電偶需采用1mm直徑鎧裝的k型、s型、r型或者b型熱電偶，若只測量一般充放電循環(huán)等條件，可以換做一般化的熱電偶甚至溫度傳感器，熱電偶需在電池殼蓋板與裝有電極材料的電池殼焊接之前植入電極材料中的隔膜之間，防止發(fā)生內(nèi)短路。
進(jìn)一步地，該裝置除了能測量電池?zé)崾Э貢r(shí)的內(nèi)部溫度和壓力，還可以測量其他如充放電循環(huán)等正常工作狀態(tài)下的溫度和壓力，但相應(yīng)的熱電偶和壓力傳感器可以根據(jù)需要而采用對應(yīng)的型號。
進(jìn)一步地，熱電偶和壓力傳感器需通過數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，處理分析采集的數(shù)據(jù)，最終得到所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的圓柱型鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)異效果。
(1)現(xiàn)有技術(shù)目前只有國外部分研究機(jī)構(gòu)開展了這方面的裝置，且只針對于小型電池的內(nèi)部溫度的測量，并沒有探測壓力。本發(fā)明同時(shí)加載了溫度傳感器和壓力傳感器，能同時(shí)測量電池內(nèi)部的溫度和壓力，并且本裝置結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，能以生產(chǎn)線作業(yè)的方式加工該類特殊電池，批量制作所需要的實(shí)驗(yàn)電池，大大提高了實(shí)驗(yàn)速率，有助于電池安全性能研究工作的開展。
(2)該測試設(shè)計(jì)主要針對于動(dòng)力、儲(chǔ)能等大型鋰離子電池。熱電偶與高溫環(huán)境壓力傳感器主要用于探測電池內(nèi)部的溫度和壓力變化，有助于在鋰離子電池安全設(shè)計(jì)過程中，監(jiān)測電池內(nèi)部的溫度和壓力變化。由于電池在制造過程中需要注液、化成，在熱電偶與壓力傳感器與電池蓋之間分別增加結(jié)構(gòu)件，其中壓力結(jié)構(gòu)件上方有螺旋塞作為注液堵塞臨時(shí)裝置，防止制造過程中電解液漏出。本發(fā)明為電池廠商在安全設(shè)計(jì)電池提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)測試方案，有助于電池安全研究。
附圖說明
圖1為本發(fā)明監(jiān)測大型鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)生發(fā)展過程中內(nèi)部溫度與壓力變化的裝置示意圖，其中：1為螺母，2為電池殼蓋板，3為熱電偶固定結(jié)構(gòu)件，4為緊固螺母蓋，5為熱電偶，6為中空銅球，7為壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件，8為螺紋塞，9為電極材料，10為螺母，11為壓力傳感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明監(jiān)測大型鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)生發(fā)展過程中內(nèi)部溫度與壓力變化的裝置示意圖。
本發(fā)明主要分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分，將電池殼蓋板2夾于螺母1和緊固螺母蓋4之間，通過熱電偶固定結(jié)構(gòu)件3上下螺紋連接，并將蓋板夾緊。為防止電池內(nèi)部電解液從熱電偶5與熱電偶固定結(jié)構(gòu)件3和緊固螺母蓋4之間的縫隙溢出，在安裝過程中需將熱電偶固定結(jié)構(gòu)件3與緊固螺母蓋4之間的中空銅球6擠壓變形，堵塞縫隙。第二個(gè)部分，壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件7與螺母10也通過螺紋連接，并將之間的電池殼蓋板2夾緊。由于電池制作過程需要經(jīng)過一系列的焊接、注液、化成、分容等操作流程，為方便電池制作，期間通過螺紋塞8對壓力傳感器固定結(jié)構(gòu)件7進(jìn)行密封。電池制作成功后，當(dāng)實(shí)際測量時(shí)，在惰性氣體環(huán)境下，可以將螺紋塞8換成壓力傳感器11。
本發(fā)明考慮到高溫作業(yè)特點(diǎn)，一方面整套裝置均采用金屬材料，防止其他如橡膠類材料在高溫中發(fā)生融化，保障電池的密閉性，提高數(shù)據(jù)探測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；另一方面，該裝置在探測高溫條件下，熱電偶5需采用1mm直徑的k型、s型、r型或者b型熱電偶，而壓力傳感器則采用能耐400℃甚至以上的傳感器，如果測量低溫條件，熱電偶則可以更換為t型、j型等其他型號，而壓力傳感器則可以采用一般的傳感器。