本實(shí)用新型涉及鋰離子電池檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及方型鋁殼鋰電池內(nèi)部產(chǎn)氣在線成分分析裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著新能源技術(shù)與市場(chǎng)的發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)成為電動(dòng)汽車最主要的候選動(dòng)力電源之一。鋰離子電池在進(jìn)行充放電或者其他測(cè)試過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氣體，氣體產(chǎn)生會(huì)引起極片膨脹以及增加電池內(nèi)阻，從而對(duì)電池的循環(huán)性能及容量產(chǎn)生非常大的影響，氣體產(chǎn)生的量越多，電池的循環(huán)性能就越差，容量快速衰減。

在鋰離子電池中，鋰離子電解液的組成中既包含無(wú)機(jī)鹽及無(wú)機(jī)添加劑，另外也含有有機(jī)主溶劑及添加劑。有機(jī)溶劑包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯等碳酸酯類化合物，微量有機(jī)添加劑如甲烷二磺酸亞甲酯、丁二酸酐、氟代碳酸乙烯酯等。常用的碳酸酯溶劑的氧化電壓較高（在4.5-5V 之間），在較高電壓下會(huì)被氧化產(chǎn)生包括CO、CO2 以及含有酯鍵及羥基等有機(jī)物。同時(shí)在低電壓下，會(huì)在負(fù)極的表面發(fā)生分解從而產(chǎn)生烯烴氣體。所產(chǎn)生的氣體會(huì)滯留在正負(fù)極間，使電池性能急劇下降并還會(huì)對(duì)電池的安全構(gòu)成威脅。此外由于如正負(fù)極或環(huán)境因素使得電池內(nèi)部水分增加，會(huì)導(dǎo)致鋰鹽發(fā)生反應(yīng)生成H；或水分解，生成H₂和O₂等；由于氣體增多從而導(dǎo)致電池性能的下降以及危及電池的安全性能。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部氣體量及成分能夠指導(dǎo)電池研發(fā)及電池設(shè)計(jì)改進(jìn)。

通過(guò)對(duì)于方殼鋰離子電池實(shí)時(shí)在線地檢測(cè)其內(nèi)部生成氣體，可以分析電池內(nèi)部電解液分解與不可逆反應(yīng)發(fā)生的機(jī)理，同時(shí)電解液組成、材料類型、環(huán)境溫度、充放電方式及循環(huán)次數(shù)對(duì)于電池內(nèi)部產(chǎn)氣的作用機(jī)理，以便得出對(duì)于電池內(nèi)部產(chǎn)氣的抑制處理手段。因此，提供一種在線產(chǎn)氣收集及分析裝置非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠快速持續(xù)分析方型鋁殼鋰離子電池循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生氣體的含量及氣體主成分的裝置。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

方型鋁殼鋰電池內(nèi)部產(chǎn)氣在線成分分析裝置，包括取氣針導(dǎo)管、氣體收集腔、真空泵、氣密瓶和氣相色譜儀；所述取氣針導(dǎo)管與待測(cè)鋰電池相連通，氣體收集腔通過(guò)氣密導(dǎo)管分別與取氣針導(dǎo)管、真空泵和氣密瓶相連通，氣密瓶通過(guò)氣密導(dǎo)管與多通閥連接，多通閥通過(guò)氣密導(dǎo)管與氣相色譜儀連接；

所述氣體收集腔外部設(shè)置有加熱套；所述氣體收集腔與真空泵之間設(shè)置有壓力傳感器；所述氣相色譜儀配置有熱導(dǎo)池檢測(cè)器；

所述取氣針導(dǎo)管上、氣體收集腔與取氣針導(dǎo)管之間的氣密導(dǎo)管上、壓力傳感器和真空泵之間的氣密導(dǎo)管上、氣體收集腔和氣密瓶之間的氣密導(dǎo)管上以及氣密瓶與多通閥之間的氣密導(dǎo)管上分別設(shè)置有氣密閥門(mén)。

優(yōu)選地，所述取氣針導(dǎo)管上的取氣針由金屬鋁構(gòu)成，且取氣針直徑與待測(cè)鋰電池注液口內(nèi)徑相匹配。

優(yōu)選地，所述取氣針導(dǎo)管為peek材料，且導(dǎo)管尺寸與氣密導(dǎo)管相匹配。

優(yōu)選地，所述氣密導(dǎo)管均為peek材料，且接口處均有密封O圈。

優(yōu)選地，所述氣密閥門(mén)由防腐蝕襯氟聚合物構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述加熱套設(shè)置有溫度控制裝置，且溫度控制范圍為20℃-80℃，誤差低于±0.5℃。

優(yōu)選地，所述氣體收集腔由金屬制成。

優(yōu)選地，所述壓力傳感器還與后臺(tái)電腦相連接。

優(yōu)選地，所述真空泵為油泵。

優(yōu)選地，所述氣密瓶為聚四氟乙烯材質(zhì)，且氣密瓶通過(guò)轉(zhuǎn)接頭與氣密導(dǎo)管相連通。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

取氣針導(dǎo)管和氣密導(dǎo)管采用peek材料，可防止氣體對(duì)導(dǎo)管產(chǎn)生腐蝕；氣密閥門(mén)由防腐蝕襯氟聚合物構(gòu)成，此聚合物能夠確保閥門(mén)不被腐蝕性氣體腐蝕，更好地防止漏氣；氣體收集腔由金屬制成可更好地進(jìn)行熱傳導(dǎo)；壓力傳感器與電腦連接，可記錄腔內(nèi)氣壓變化，實(shí)時(shí)監(jiān)控腔內(nèi)氣體含量；氣密瓶為聚四氟乙烯材質(zhì)，此聚合物能夠確保儲(chǔ)氣氣密瓶不被腐蝕性氣體腐蝕，更好地進(jìn)行儲(chǔ)存；氣密瓶具有氣密閥及轉(zhuǎn)接頭，轉(zhuǎn)接頭及氣密閥能夠確保儲(chǔ)氣氣密瓶可隨時(shí)更換；多通閥具有轉(zhuǎn)換性能，可通過(guò)手動(dòng)或機(jī)械制動(dòng)切換閥通路，確保多個(gè)流路分別進(jìn)行測(cè)試；可直接連接充放電儀對(duì)電池進(jìn)行各種情況的充放電。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)取氣針及時(shí)準(zhǔn)確收集鋁殼鋰離子電池在各種充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，并通過(guò)氣體收集腔將微量氣體富集，通過(guò)多通閥連接氣相色譜儀，可對(duì)多個(gè)電池進(jìn)行連續(xù)式產(chǎn)氣分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池充放電過(guò)程產(chǎn)氣及電解液失效機(jī)理更深層次地研究。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型方型鋁殼鋰電池內(nèi)部產(chǎn)氣在線成分分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：0——待測(cè)鋰電池；10——取氣針導(dǎo)管；20——?dú)怏w收集腔；21——加熱套；22——壓力傳感器；30——真空泵；40——?dú)饷芷浚?0——多通閥；60——?dú)庀嗌V儀；70——?dú)饷軐?dǎo)管；81——?dú)饷荛y門(mén)a；82——?dú)饷荛y門(mén)b；83——?dú)饷荛y門(mén)c；84——?dú)饷荛y門(mén)d；85——?dú)饷荛y門(mén)e。

具體實(shí)施方式

為更好理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明而非對(duì)其加以限定。

裝置結(jié)構(gòu)：

如圖1 所示，該產(chǎn)氣在線成分分析裝置包括設(shè)置裝有取氣針導(dǎo)管10連接待測(cè)鋰電池0，通過(guò)氣密導(dǎo)管70連接氣體收集腔20，在氣體收集腔20外部套有一層控溫加熱套21，在氣體收集腔20上接有傳感內(nèi)部壓力的壓力傳感器22，氣體收集腔20通過(guò)氣密導(dǎo)管70與真空泵30進(jìn)行連接，氣密瓶40上有氣密蓋，通過(guò)氣密導(dǎo)管70將氣密瓶40與氣體收集腔20連接，此外氣密瓶40還通過(guò)氣密導(dǎo)管70與多通閥50進(jìn)行連接，多通閥50與氣體分析裝置氣相色譜儀60通過(guò)氣密導(dǎo)管70進(jìn)行連接，取氣針導(dǎo)管10上、氣體收集腔20與取氣針導(dǎo)管10之間的氣密導(dǎo)管70上、壓力傳感器22和真空泵30之間的氣密導(dǎo)管70上、氣體收集腔20和氣密瓶40之間的氣密導(dǎo)管70上以及氣密瓶40與多通閥50之間的氣密導(dǎo)管70上分別設(shè)置有氣密閥門(mén)。

工作原理：

氣體收集腔20一端連接的壓力傳感器22能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確反饋產(chǎn)氣測(cè)試裝置內(nèi)部氣體量的變化，使得該產(chǎn)氣測(cè)試裝置能持續(xù)監(jiān)測(cè)鋰離子電池充放電過(guò)程中產(chǎn)生氣體的量。

如圖1所示，當(dāng)先打開(kāi)氣密閥門(mén)a 81與氣密閥門(mén)b 82，然后關(guān)閉氣密閥門(mén)c 83和氣密閥門(mén)e 84，通過(guò)氣體收集腔20上壓力傳感器22進(jìn)行氣體含量分析；

隨后關(guān)閉氣密閥門(mén)b 82、氣密閥門(mén)d 84及氣密閥門(mén)e 85，打開(kāi)氣密閥門(mén)c 83，可通過(guò)加熱套21加熱將氣體收集腔20內(nèi)氣體傳輸至氣密瓶40內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存；

最后將氣密閥門(mén)b 82及氣密閥門(mén)e 85都關(guān)閉，打開(kāi)氣密閥門(mén)c 83和氣密閥門(mén)d 84，可通過(guò)氣密導(dǎo)管70將氣密瓶40內(nèi)氣體傳輸至多通閥50和氣相色譜儀60，進(jìn)行連續(xù)氣體分析。

用此產(chǎn)氣測(cè)試裝置對(duì)鋰離子電池進(jìn)行產(chǎn)氣測(cè)試的步驟如下：

對(duì)所需測(cè)試的電芯為三元高鎳材料電芯；

在惰性氣體氛圍手套箱(H2O、O2 ＜ 0.1ppm) 中，將鋰離子電池置與取氣導(dǎo)管10連接，使用電池密封膠將接口處密封，并關(guān)閉氣密閥門(mén)a 81。

將連有壓力傳感器22的氣體收集腔20與待測(cè)鋰電池0的電芯相連，關(guān)閉氣密閥門(mén)a 81及氣密閥門(mén)c 83，打開(kāi)氣密閥門(mén)e 85，打開(kāi)真空泵30，若壓力低至一定程度后保持穩(wěn)定，證明裝置氣密性完好。

將鋰離子電池充放電測(cè)試設(shè)備與電池極耳連接，進(jìn)行充放電測(cè)試，記錄下壓力傳感器22的讀數(shù)，確定脹氣的量。

關(guān)閉氣密閥門(mén)b 82及氣密閥門(mén)e 85，打開(kāi)氣密閥門(mén)c 83，控制加熱套21溫度加熱至80℃，通過(guò)加熱氣體壓力變化將氣體傳輸至氣密瓶40內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。

關(guān)閉氣密閥門(mén)c 83，打開(kāi)氣密閥門(mén)d 84，通過(guò)多通閥50將氣體傳輸至氣相色譜儀60中，通過(guò)氣相色譜-熱導(dǎo)池，確定脹氣主要成分。

通過(guò)切換多通閥50，切換不同流路系統(tǒng)與氣相色譜儀60相連接，進(jìn)而可使一臺(tái)氣相色譜與五個(gè)該系統(tǒng)連接，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)時(shí)產(chǎn)氣成分分析。

該實(shí)用新型裝置能夠與市面上能夠購(gòu)買到的電池充放電儀和氣相色譜儀協(xié)同操作以構(gòu)成鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)氣在線檢測(cè)設(shè)備，在循環(huán)充放電過(guò)程中在線地檢測(cè)鋰離子電池內(nèi)部生成的氣體的組成。

該鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)氣在線收集裝置和檢測(cè)設(shè)備制造簡(jiǎn)單、成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊，便于批量生產(chǎn)供應(yīng)給各電池廠商、實(shí)驗(yàn)室等來(lái)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行質(zhì)檢、優(yōu)化和改進(jìn)。

以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。