用于检测电池内部气体的设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种用于检测电池内部气体的设备及方法。
【背景技术】
[0002]目前，以锂离子电池为代表的二次电池属于高能量密度的新型电池，日益成为手机、移动DVD、笔记本电脑等通讯产品上必不可少的电源配件。同时，在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，传统汽车产业的战略转型已成必然，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，成为了国际上广泛共识。锂离子电池作为可循环使用的清洁能源之一，受到了广泛关注。
[0003]锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔离膜组成，在其制造及使用过程中，特别是在一些滥用条件及特殊环境下，伴随着一系列化学及电化学反应的发生会产生大量气体。电池内部产气对锂离子电池的容量、寿命及安全性均具有显著影响，因此准确测定电池在生产及使用过程中的产气量及产气成分，对优化电池体系设计，分析电池内部反应机理以及提高锂离子电池在工作过程中的安全性均具有重要意义。
[0004]目前有见报道的电池内部气体成分分析方法和装置，多集中在对产气已完成的电池中的气体取样，再送样分析。其中现有的气体取样方法一般为排水集气法，即在水下解剖电池，通过带刻度的、装有水的集气管收集排出的气体。这种方法操作十分不便，准确度与重现性不佳，解剖过程中电池内强腐蚀性物质可能进入水槽，安全性差。对于钢壳电池，也可采用直接用取样针管扎穿电芯的方法对电池内部气体成分取样分析。例如，于2012年12月5日授权公告的中国专利申请公布号为CN202583139U的专利文献公开了一种圆柱形钢壳锂离子电池内部气体的取气装置，在密闭腔体中内置钢针，将电池外壳刺穿取样分析。这种方法虽然简单方便，但是用钢钉扎穿壳体取气的方式伴有较高的内短路安全风险。综上，现有对电池内部产气进行取气的方法均为破坏性取气方式，即取气后的电池不能继续工作，因而无法实现对同一电池多次取气以监控其产气成分在电池工作过程中的变化信息。而目前关于锂离子电池内部产气量的分析均针对具有钢壳结构的电池进行。对于软包锂离子电池，由于其膨胀变形的不规则性以及管路装配的困难性，使得现有定量检测方法及装置并不适用。
【发明内容】
[0005]鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于检测电池内部气体的设备及方法，其能对同一电池在不同阶段的产气进行定量检测及取样分析。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种用于检测电池内部气体的设备及方法，其为非破坏性检测、进行检测后的电池可以继续工作。
[0007]为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种用于检测电池内部气体的设备，电池具有壳体，电池的壳体设置有密封的且与壳体的内部连通的通孔，且电池的壳体的外形在检测电池内部气体时保持固定。所述用于检测电池内部气体的检测设备包括:气体收容装置，内设有气体收容腔；连通装置，用于使气体收容装置的气体收容腔和电池的壳体的通孔受控连通；抽真空装置，受控连通于气体收容装置的气体收容腔，用于对气体收容装置进行抽真空；取气装置，内设置有腔体，腔体的体积可变且能够确定，腔体与气体收容装置的气体收容腔受控连通；以及气压测量装置，受控连通气体收容装置的气体收容腔，用于测量气体收容装置的气体收容腔内的气体的压力。
[0008]为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种用于检测电池内部气体的方法，其采用根据本发明第一方面所述的用于检测电池内部气体的设备，包括步骤:将抽真空装置、气压测量装置以及取气装置与气体收容装置的气体收容腔连通；通过抽真空装置对气体收容装置的气体收容腔进行抽抽空，之后断开抽真空装置与气体收容装置的气体收容腔之间的连通，以使相互连通的气压测量装置、取气装置、气体收容装置的气体收容腔维持真空状态；通过连通装置先使连通装置与一产气阶段完成的电池的壳体的通孔连通、然后再使连通装置与气体收容装置的气体收容腔连通，从而使电池内部的气体扩散至气体收容装置的气体收容腔；通过气压测量装置测量气体收容装置的气体收容腔内的稳定之后的气体的压力，此时的压力记为P1 ;使取气装置的腔体的体积增加确定的量，确定并记录该腔体的体积变化为Λ V，气压测量装置测量取气装置的腔体的体积变化AV后的气体收容装置的气体收容腔内的稳定之后的气体的压力P2 ;根据波义耳定律设定公式计算电池内部气体在大气压下的体积V。，
[0009]P0V0 = PcVc = P1 (VC+VP) = P2 (VC+VP+ Δ V)
[0010]其中:
[0011]P。一大气压；
[0012]V。一电池内部产生的气体在大气压下的体积；
[0013]Pe—电池的壳体的通孔与气体收容装置的气体收容腔连通前电池内部的气体压力；
[0014]Ve—电池的壳体的通孔与气体收容装置的气体收容腔连通前电池内部的气体体积；
[0015]P1+电池的壳体的通孔与气体收容装置的气体收容腔连通后，气体收容装置的气体收容腔内的稳定之后的气体压力；
[0016]Vp—电池的壳体的通孔与气体收容装置的气体收容腔连通后，除电池部分外，取气装置、气体收容装置、连通装置以及气压测量装置一起容纳气体的体积；
[0017]Δ V—与气体收容装置的气体收容腔连通的取气装置的腔体的体积变化量；
[0018]P2—气体收容装置的气体收容腔与取气装置的体积变化Λ V后的腔体连通后，气体收容装置的气体收容腔内的稳定之后的气体的压力，
[0019]电池的壳体的外形在检测电池内部气体时保持固定，即Ve在检测过程中保持不变，根据波义耳定律，将检测得到的P1、P2和Λ V值代入公式P1 (VC+VP) = P2 (VC+VP+ Λ V)，计算出电池与气体收容装置的气体收容腔连通后，电池内部的气体体积Ve与取气装置、气体收容装置、连通装置以及气压测量装置一起收容于内的气体体积Vp之和(VC+VP);将大气压值P。，检测得到的P1值和计算得到的(vc+vP)值代入公式PJ。= PcVc = P1 (VC+VP)，计算出电池内部气体在大气压下的体积V。。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]能够对同一电池在不同阶段的产气进行定量检测及取样分析，从而为分析电池内部反应过程、优化电池体系设计、改善电池性能提供依据。此外，由于电池的壳体的通孔在进行检测之后可以密封，从而可以实现非破坏性检测，即进行检测后的电池可以继续工作。该设备安全可靠、操作简便。
【附图说明】
[0022]图1为根据本发明的用于检测电池内部气体的设备的结构示意图；
[0023]图2为根据本发明的用于检测电池内部气体的设备的气体收容装置的结构示意图；
[0024]图3为根据本发明的用于检测电池内部气体的设备的气嘴的结构示意图；
[0025]图4是根据本发明的用于检测电池内部气体的设备所针对的电池的结构示意图。
[0026]其中，附图标记说明如下:
[0027]I气体收容装置6气嘴
[0028]11气体收容腔 61柔性底座
[0029]12管体611通道
[0030]121端口62硬质接头
[0031]13盖帽63盖体
[0032]131穿孔631贯穿孔
[0033]14硅胶垫片 64硅胶衬垫
[0034]2连通装置7夹具
[0035]3抽真空装置 71第一夹板
[0036]4取气装置 72第二夹板
[0037]41开关B螺栓
[0038]42刻度8电池
[0039]5气压测量装置81壳体
[0040]N针头811通孔
【具体实施方式】
[0041]下面参照附图来详细说明根据本发明的用于检测电池内部气体的设备及方法。
[0042]首先说明根据本发明第一方面的用于检测电池内部气体的设备。
[0043]参照图1至图4，在根据本发明第一方面的用于检测电池内部气体的设备中，电池8具有壳体81，电池8的壳体81设置有密封的且与壳体81的内部连通的通孔811，且电池8的壳体81的外形在检测电池8内部气体时保持固定。所述用于检测电池8内部气体的检测设备包括:气体收容装置1，内设有气体收容腔11 ;连通装置2，用于使气体收容装置I的气体收容腔11和电池8的壳体81的通孔811受控连通；抽真空装置3，受控连通于气体收容装置I的气体收容腔11，用于对气体收容装置I进行抽真空；取气装置4，内设置有腔体，腔体的体积可变且能够确定，腔体与气体收容装置I的气体收容腔11受控连通；以及气压测量装置5，受控连通气体收容装置I的气体收容腔11，用于测量气体收容装置I的气体收容腔11内的气体的