一种圆柱电池产气量检测装置及检测方法与流程

本发明涉及电池检测技术领域，尤其涉及一种圆柱电池产气量检测装置及检测方法。

背景技术：

随着新能源产业的发展，人们对电池的循环寿命、能量密度、高低温性能、安全性等要求也越来越高。其中安全性至关重要，而在锂离子电池的生产过程中，电池的化成阶段或者是后期循环使用阶段都会有气体的产生，这种气体产生的量的多少又是影响电池使用或者安全方面的一个重要因素。

软包电池在化成结束后可以有一个排气封口的过程，从而减少了由于气体的增加导致的压力增大而发生的安全问题的概率，对于圆柱电池没有排气封的前提下，如何才能在电池的有限的寿命的前提下让安全得以实现是个亟待解决的问题，所以电池在化成过程中或者在使用过程中的产气量的情况是电池行业从业者研究的一个方向。

目前有相关方面的一些装置来检测电池的产气量，但是普遍存在以下两个缺陷：一，结构复杂，模具难制作，操作起来不便；二，无法实时监测电池充放电过程中的气体变化情况。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有检测电池产气量装置的不足，提出一种能够对电池静置、充放电过程中电池的产气情况进行检测的装置，具体是一种简单、直观、高效、准确的电池产气原位检测装置。为高镍动力电池、锂硫电池等锂离子电池和其他金属二次或原电池的安全性评估和电池材料的改性研发工作提供强有力的工具。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种圆柱电池产气量检测装置，其特征在于包括顶盖、套筒、底座、螺栓、连接软管一、量气装置，所述顶盖上周边设有多个安装孔一，所述底座周边设有多个安装孔二，所述安装孔一与安装孔二数量一致，位置呈上、下一一对应，所述顶盖、底座均采用不锈钢材质，所述套筒为两端开口的空芯圆柱筒，采用聚乙烯/聚四氟乙烯/工程塑料，所述套筒两端分别与顶盖下平面、底座上平面相连，且套筒与顶盖下平面、底座上平面相连处设有密封装置，所述顶盖、底座通过螺栓穿过安装孔一和安装孔二，端部套设螺母紧固连接，所述螺栓与顶盖、底座连接面处均设有绝缘垫圈，所述顶盖的外侧面上设有与顶盖连成一体的向外延伸的正辅助极耳，所述底座的外侧面上设有与底座连成一体的向外延伸的负辅助极耳，工作时，已焊接极耳但未封装外壳的电池卷芯放置于套筒内，正极耳在上，负极耳在下，电池两端极耳分别被顶盖和底座压弯并压紧于套筒内，所述顶盖与电池正极耳电导通，所述底座与电池负极耳电导通，所述顶盖上的正辅助极耳成为被测圆柱电池的外接正极，所述底座上的负辅助极耳成为被测圆柱电池的外接负极，所述正辅助极耳和负辅助极耳分别与充放电装置的对应接口相连，所述顶盖上还设有通气接管，该通气接管与套筒内连通，所述通气接管上端通过连接软管一与量气装置的进气管密封连通，所述连接软管一与通气接管连接端设有节流阀。

进一步的，所述顶盖为圆饼状，下底面设有与顶盖外圆同轴的沉孔一，所述沉孔一中间固定连接有与顶盖外圆同轴的极耳压板，所述极耳压板采用不锈钢材质，所述沉孔一内沿内侧壁设有密封圈，所述套筒上端套设于沉孔一内密封圈的下侧面上，工作时，电池正极耳被极耳压板压弯并压紧于套筒内。

进一步的，所述底座为圆饼状，上平面上设有与底座外圆同轴的沉孔二，所述沉孔二中间设有与底座外圆同轴的极耳压板，所述极耳压板采用不锈钢材质，所述沉孔二内沿内侧壁设有密封圈，所述套筒下端套设于沉孔二内密封圈的上侧面上，工作时，电池负极耳被极耳压板压弯并压紧于套筒内。

进一步的，所述连接软管一采用透明橡胶软管，便于观察出气情况。

进一步的，所述量气装置包括集气管、量管、连接软管二、带进气管的橡胶塞，所述量管和集气管均采用通用型滴定管，所述连接软管二两端分别与集气管和量管的底部密封连通成u型管，所述带进气管的橡胶塞堵设于集气管上端，所述进气管与连接软管一的另一端密封连通，所述量管上端开口与空气相通。

进一步的，所述量气装置包括集气瓶、量筒，所述集气瓶内注入碳酸二甲脂液体，集气瓶口设有橡胶塞密封，所述橡胶塞上设有进气管和出液管，所述进气管上端通过连接软管一与顶盖上的通气接管密封相连，所述进气管下端设于液面上方，所述出液管为倒u型管，一端插入集气瓶底部，靠近集气瓶底面但留有间隙，另一端插入量筒入，所述量筒上设有刻度线。

本发明还提供了一种权利要求1至5任一项所述的圆柱电池产气量检测装置的检测方法，其特征在于：圆柱电池产气量检测方法步骤如下，

第一步，将电池卷芯套入套筒内，然后将电池卷芯的正极耳、负极耳分别折弯并分别与顶盖下侧面/顶盖上的极耳压板下侧面、底座上侧面/底座上的极耳压板上侧面相连，套筒两端分别与顶盖和底座通过密封圈相连；

第二步，将螺栓从下往上依次穿过绝缘垫圈、顶盖的安装孔一、底座的安装孔二、绝缘垫圈，端部套入螺母拧紧；

第三步，从通气接管向套筒内注入电解液体；

第四步，量气装置的集气管/集气瓶内注入碳酸二甲脂液体；

第五步，将连接软管一将通气接管与量气装置进气管连通，并关闭节流阀；

第六步，圆柱电池产气量检测装置放入充放电装置中，并将正、负极分别与充放电装置的相应接口连接，上、下移动量管/量筒，使集气管/集气瓶内液位与量管/量筒内液位在同一水平位置，记录量管/量筒中液体初始液位v0，打开节流阀，开始对电池进行充放电测试；

第七步，观测量筒中刻度变化情况，采集电池出气量数据时，先关闭节流阀，上、下移动量管/量筒位置，使量管/量筒内液体与集气管/集气瓶内液面再次在同一水平位置，此时记录量管/量筒内液面位置v1，v1与v0差值即为电池实时出气量，打开节流阀继续充放电，至下一个采集时间时，重复步骤七，如此循环检测，可实时检测电池实际使用时的出气量。

进一步的，所述第三步中套筒内注入电解液体5～10g。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明检测装置结构简单，能在电池充放电时或使用过程中对电池不同时期的产气量情况进行实时监测，检测直观、方便，检测精度高。

2)本发明检测装置的顶盖和底座、极耳压板均采用不锈钢材质，变形量小，耐电解液腐蚀，可重复利用，使用寿命长，可导电，能与电池的极耳电连通，使电池的正、负极由顶盖和底座的辅助极耳引出；

3)本发明检测装置的套筒采用聚乙烯/聚四氟乙烯/工程塑料，绝缘、耐电解液腐蚀；

4)本发明的连接软管一采用采用透明橡胶软管，便于观察出气情况；

5)本发明的套筒与顶盖、底座连接处均设有密封圈，顶盖与底座通过螺栓拧紧后密封性好，检测精度高；

6)本发明的螺栓与顶盖、底座连接处均设有绝缘垫圈，可以防止电池正、负极短路。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明实施例一顶盖结构示意图；

图3为本发明实施例一底座结构示意图；

图4为本发明实施例二结构示意图。

图中：1、顶盖，101、沉孔，102、正辅助极耳，103、安装孔一，104、通气接管，2、套筒，3、底座，301、沉孔，302、负辅助极耳，303、安装孔二，4、螺栓，5、绝缘垫圈，6、螺母，7、连接软管一，8、节流阀，9、带进气管的橡胶塞，10、集气管，11、量管，12、连接软管二，13、密封圈，14、极耳压板，15、进气管，16、橡胶塞，17、集气瓶，18、出液管，19，量筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至3所示，本发明实施例一包括顶盖1、套筒2、底座3、螺栓4、连接软管一7、量气装置。

顶盖1为圆饼状，下底面设有与顶盖1外圆同轴的沉孔一101，沉孔一101中间固定连接有与顶盖1外圆同轴的极耳压板14，顶盖1、极耳压板14均采用不锈钢材质，沉孔一101内沿内侧壁设有密封圈13，顶盖1上周边设有三个安装孔一103，顶盖1的外侧面上设有与顶盖1连成一体的向外延伸的正辅助极耳102，

底座3为圆饼状，上平面上设有与底座3外圆同轴的沉孔二301，沉孔二301中间设有与底座3外圆同轴的极耳压板14，底座3、极耳压板14均采用不锈钢材质，沉孔二301内沿内侧壁设有密封圈13，底座3周边设有三个安装孔二303，位置与安装孔一103呈上、下一一对应，底座3的外侧面上设有与底座3连成一体的向外延伸的负辅助极耳302，

套筒2为两端开口的空芯圆柱筒，采用聚乙烯/聚四氟乙烯/工程塑料，套筒2上端套设于沉孔一101内密封圈13的下侧面上，套筒2下端套设于沉孔二301内密封圈13的上侧面上。

量气装置包括集气管10、量管11、连接软管二12、带进气管的橡胶塞9，量管11和集气管10均采用通用型滴定管，连接软管二12两端分别与集气管10和量管11的底部密封连通成u型管，带进气管的橡胶塞9堵设于集气管10上端，量管11上端开口与空气相通。

顶盖1上还设有通气接管104，该通气接管104与套筒2内连通，通气接管104上端通过连接软管一7与橡胶塞9上的进气管密封连通，连接软管一7与通气接管104连接端设有节流阀8，连接软管一采用透明橡胶软管，便于观察出气情况。

工作时，已焊接极耳但未封装外壳的电池卷芯放置于套筒2内，正极耳在上，负极耳在下，电池正极耳被顶盖1上的极耳压板14压弯并压紧于套筒2内，电池负极耳被底座3上的极耳压板14压弯并压紧于套筒2内，顶盖1、套筒2、底座3通过螺栓4穿过安装孔一103和安装孔二303，端部套设螺母6紧固连接，螺栓4与顶盖1、底座3连接面处均设有绝缘垫圈5。

因上、下极耳压板14均与电池接触电导通，顶盖1与电池正极耳电导通，底座3与电池负极耳电导通，顶盖1上的正辅助极耳102成为被测圆柱电池的外接正极，底座3上的负辅助极耳成为被测圆柱电池的外接负极，外接正极和外接负极分别与充放电装置(图中未示出)的对应接口相连。

以下是采用本发明实施例一检测两组电池(型号18650-2600)出气量，第一组电池编号1-1、1-2、1-3，第二组电池编号2-1、2-2、2-3，检测步骤如下：

第一步，将电池卷芯套入套筒2内，然后将电池卷芯的正极耳、负极耳分别折弯并分别与顶盖1上的极耳压板14下侧面、底座3上的极耳压板14上侧面相连，套筒2两端分别与顶盖1和底座3通过密封圈13相连；

第二步，将螺栓4从下往上依次穿过绝缘垫圈5、顶盖1的安装孔一103、底座3的安装孔二303、绝缘垫圈5，端部套入螺母6拧紧；

第三步，从通气接管104向套筒2内注入电解液体5.1g；

第四步，向量气装置的集气管10内注入碳酸二甲脂(dmc)液体；

第五步，将连接软管一7将通气接管104与橡胶塞9上的进气管密封连通，并关闭节流阀8；

第六步，圆柱电池产气量检测装置放入充放电装置中，并将正辅助极耳102、负辅助极耳302分别与充放电装置的相应接口连接，上、下移动量管11，使集气管10内液位与量管11内液位在同一水平位置，记录量管11中液体初始液位v0，打开节流阀8，开始对电池进行充放电测试；

第七步，观测量管11中刻度变化情况，采集电池出气量数据时，先关闭节流阀8，上、下移动量管11位置，使量管11内液面与集气管10内液面再次在同一水平位置，此时记录量管11内液面位置v1，v1与v0差值即为电池实时出气量，打开节流阀8继续充放电，至下一个采集时间时，重复步骤七，如此循环检测，可实时检测电池实际使用不同时期的出气量。

两组型号18650-2600的电池产气量同一时间段检测结果见表1.

表118650-2600的电池产气量

由表1可知，使用本发明实施例一检测圆柱锂离子电池产气量的稳定性高，满足测试要求。

本发明实施例二圆柱电池产气量检测装置与实施例一基本相同，不同之处在于量气装置包括集气瓶17、量筒19，集气瓶17内注入碳酸二甲脂液体，集气瓶17瓶口设有橡胶塞16密封，橡胶塞16上设有进气管15和出液管18，进气管15上端通过连接软管一7与顶盖1上的通气接管104密封相连，进气管15下端设于集气瓶17内液面上方，出液管18为倒u型管，一端插入集气瓶17底部，靠近集气瓶17底面但留有间隙，另一端插入量筒19内，量筒19上设有刻度线。

以下是采用本发明实施例二检测两组电池(型号为21700电池)出气量，第一组电池编号1-1、1-2、1-3，第二组电池编号2-1、2-2、2-3，检测步骤如下：

第一步，将电池卷芯套入套筒2内，然后将电池卷芯的正极耳、负极耳分别折弯并分别与顶盖1上的极耳压板14下侧面、底座3上的极耳压板14上侧面相连，套筒2两端分别与顶盖1和底座3通过密封圈13相连；

第二步，将螺栓4从下往上依次穿过绝缘垫圈5、顶盖1的安装孔一103、底座3的安装孔二303、绝缘垫圈5，端部套入螺母6拧紧；

第三步，从通气接管104向套筒2内注入电解液体8.3g；

第四步，向量气装置的集气瓶17内注入碳酸二甲脂(dmc)液体；

第五步，将连接软管一7将通气接管104与进气管15密封连通，并关闭节流阀8；

第六步，圆柱电池产气量检测装置放入充放电装置中，并将正辅助极耳102、负辅助极耳302分别与充放电装置的相应接口连接，上、下移动量筒19，使集气瓶17内液位与量筒19内液位在同一水平位置，记录量筒19中液体初始液位v0，打开节流阀8，开始对电池进行充放电测试；

第七步，观测量筒17中刻度变化情况，采集电池出气量数据时，先关闭节流阀8，上、下移动量筒19位置，使量筒19内液面与集气瓶17内液面再次在同一水平位置，此时记录量筒18内液面位置v1，v1与v0差值即为电池实时出气量，打开节流阀8继续充放电，至下一个采集时间时，重复步骤七，如此循环检测，可实时检测电池实际使用不同时期的出气量。

两组型号21700电池，60℃30天产气量数据检测结果见表2.

表221700电池，60℃30天产气量

由表2可知，使用本发明实施例二检测圆柱锂离子电池产气量的稳定性高，满足测试要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。