本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池体积的检测装置及其检测方法。
背景技术
锂离子电池由于工作电压高，比能量密度大，循环寿命长，对环境友好，已经成为电子数码、电动汽车、储能应用、航空航天等领域不可缺少的重要化学电源之一。然而传统的锂离子电池一般都是使用碳酸酯类电解液，这些电解液组分在首次化成时会在电极材料表面发生氧化还原反应，形成固态-电解质膜，同时放出氢气、甲烷等气体产物；此外，组成锂离子电池的正极材料大多是金属氧化物材料尤其是具有较高比能量的三元正极材料，在循环充放电过程中容易使得电解液氧化分解产气，高温条件下这种产气现象更加明显。锂离子电池在使用过程中的产生的气体会导致锂离子电池体积膨胀，从而对容量、内阻、循环等性能产生重要影响，因此通过检测锂离子电池在化成分容、高温搁置以及循环前后的体积变化，可以计算锂离子电池内部的产气量和进行失效机理分析。
然而不管锂离子电池的规格是铝塑膜软包、方形铝壳还是圆形铝壳等，当产生气体膨胀后会使得锂离子电池发生不规则的体积变化，很难通过传统的测量方法检测其实际体积。常见的方法是测量锂离子电池样品的本身质量以及浸入到液体中后的表观质量，利用阿基米德原理可以计算出锂离子电池样品的体积。公开号为cn206488826u的专利报道了一种利用排水法测量软包锂离子电池体积的装置，同样利用阿基米德原理计算锂离子电池样品的体积。这种方法测试装置复杂，对测试样品的适应性很差，测试结果容易受环境温度以及液体密度变化的影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种锂离子电池体积的检测装置及其检测方法，该电器盒通用性强，可以适用各种叉车车型。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池体积的检测装置，包括气体仓a和气体仓b，所述气体仓a与气体仓b通过第一管路均与真空泵、气瓶连通，且气体仓a和气体仓b之间通过第二管路连通，所述第一管路与第二管路上均设置有阀门，所述气体仓a和气体仓b上均设有精密气压计和温度计。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述气体仓a与气体仓b上均设有排除气体仓a与气体仓b内空气的活塞。
所述气体仓b上设有仓门，该仓门在关闭状态下能够使气体仓b形成一密闭空间。
(1)将储存有目标气体的气瓶、真空泵与气体仓a和b通过管道连接，其中，密闭气体仓a带有可运动活塞，密闭气体仓b可打开放入电池样品，两个气体仓都可以完全密封并配置有精密温度计和压力计，两仓之间通过管道阀门开合控制气体输送；
(2)将待测电池样品放入到气体仓b中，保持气体仓a和气体仓b处于密闭状态，关闭气体仓a和气体仓b之间的管道阀门，打开气体瓶分别先向两个密闭气体仓a、b中注入目标气体，然后打开真空泵将目标气体抽空，反复操作直到排尽空气后，再通过气瓶向气体仓a、b中充入目标气体，并分别记录此时气体仓a和b的压力和温度数值；
(3)打开气体仓a和气体仓b之间的管道阀门，推动活塞将气体仓a中的气体完全压入到气体仓b中，记录此时气体仓b的压力和温度值；
(4)通过以下公式计算电池样品的待测体积：
v0＝v-papbtcv/(pctatb-pbtatc)
其中，v0表示电池样品的待测体积，v表示气体仓的体积，pa、pb分别表示气体仓a和气体仓b充入目标气体时的压力值，ta、tc分别表示气体仓a和气体仓b充入目标气体时的温度值，pc表示气体仓a中的气体压入气体仓b中后所记录气体仓b的压力值，tc分别表示气体仓a中的气体压入气体仓b中后所记录气体仓b的温度值。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述目标气体为氢气、氮气、氧气、氩气、氦气中的任一气体或其以任意比例的混合气体。
所述步骤中，打开真空泵将目标气体抽空使气体仓内压力为0.5-10kpa，充入目标气体后气体仓a、b中压力为20-50kpa。
所述步骤、中，测试过程中气体仓a和气体仓b的温度之间差值不超过2℃，否则本次测试结果视为不合格需重新测试。
由上述技术方案可知，本发明所述的锂离子电池体积的检测装置及其检测方法相比传统的浸液法不受测试环境温度条件以及液体密度变化条件影响，不受电池样品规格尺寸限制，测试更加简单便捷；本发明利用的理想气体方程在较低压力范围内与实际情况接近，测试结果与真实值误差较小，测试结果更准确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的锂离子电池体积的检测装置，包括气体仓a和气体仓b，气体仓a与气体仓b通过第一管路均与真空泵2、气瓶1连通，且气体仓a和气体仓b之间通过第二管路9连通，第一管路5与第二管路9上均设置有阀门，气体仓a和气体仓b上均设有精密气压计3和温度计4。在气体仓a与气体仓b上均设有排除气体仓a与气体仓b内空气的活塞7和活塞8。气体仓b上设有仓门，该仓门在关闭状态下能够使气体仓b形成一密闭空间。
本实施例的锂离子电池体积的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
s1：将储存有氦气的气瓶以及真空泵与体积为0.5m3的两个气体仓a和b通过管道连接，其中，密闭气体仓a带有可运动活塞，密闭气体仓b可打开放入电池样品，两个气体仓都可以完全密封并配置有精密温度计和压力计，两仓之间通过管道阀门开合控制气体输送；
s2：将软包电池样品放入到气体仓b中，保持气体仓a、b处于密闭状态，关闭气体仓a和b之间的管道阀门，打开气体瓶分别先向两个密闭气体仓a、b中注入目标气体，然后打开真空泵抽真空至5kpa以下，反复操作三次向气体仓a、b中充入氦气，记录下此时气体仓a和b的压力和温度数值pa、ta和pb、tb，气体仓a、b中含有氦气物质的量记为na和nb；
s3：打开气体仓a、b中管道阀门，推动活塞将气体仓a中的气体完全压入到气体仓b中，记录下此时气体仓b的压力和温度为pc、tc，此时，气体仓b中含有氦气物质的量记为na+nb；
s4：通过以下公式计算电池样品的待测体积：
根据理想气体方程可知，
pav＝narta(1)
pb(v-v0)＝nbrtb(2)
pc(v-v0)＝ncrtc(3)
由上述三个方程求解可知：
v0＝v-papbtcv/(pctatb-pbtatc)
其中，v0表示电池样品的待测体积，v表示气体仓的体积，pa、pb分别表示气体仓a和气体仓b充入目标气体时的压力值，ta、tc分别表示气体仓a和气体仓b充入目标气体时的温度值，pc表示气体仓a中的气体压入气体仓b中后所记录气体仓b的压力值，tc分别表示气体仓a中的气体压入气体仓b中后所记录气体仓b的温度值；n表示物质的量，r表示理想气体常数。
本实施例的目标气体可为氢气、氮气、氧气、氩气、氦气中的任一气体或其以任意比例的混合气体。
利用本发明所述的中的检测装置及检测方法，我们对60℃高温搁置7天后胀气的nmc811/石墨电池进行体积测试，电池规格包括50ah软包电池、30ah铝壳方形电池以及20ah铝壳圆柱电池，测试结果如下表1：
表1
从表1可以看出，50ah软包电池、30ah铝壳方形电池以及20ah铝壳圆柱电池高温搁置膨胀后的体积分别为452、372以及233毫升，本发明中方法都可以便捷地测出不同规格电池样品膨胀后的体积变化，而且测试结果不涉及液体物质，不受测试环境温度和液体密度变化影响。此外，在低压测试条件下理想气体状态方程与实际气体行为非常接近，因此本发明中方法计算结果一致性以及准确性更高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。