一种锂离子二次电池内部气体测量装置的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种锂离子二次电池内部气体测量装置。


背景技术：

2.锂离子二次电池，因具有高能量密度、长寿命等优点，而被广泛应用于电动汽车、便携设备、储能等领域。
3.但是，锂离子二次电池使用有机碳酸酯电解液作为溶剂，在长期使用过程中或其他滥用条下，会导致电池内部电极和电解液间发生副反应，产生气体而导致体积鼓涨，影响电池的使用寿命与安全。因此，测量锂离子二次电池内部气体体积，分析锂离子二次电池内部气体组分，对锂离子电池性能改善、安全设计和失效分析，都具有重要的指导意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种锂离子二次电池内部气体测量装置。
5.为此，本发明提供了一种锂离子二次电池内部气体测量装置，包括气体导出组件和气体测量组件；
6.气体导出组件，用于将锂离子二次电池内部产生的气体导出，并导入到气体测量组件中；
7.气体测量组件，用于接受所述气体导出组件导入的气体，并测量气体的体积；
8.气体导出组件，包括刺穿针、乳胶导气管和气体导出管；
9.刺穿针，用于垂直向下刺入锂离子二次电池顶部设置的泄气阀；
10.刺穿针的上端，与乳胶导气管的一端相连接；
11.乳胶导气管的另一端，与气体导出管的下端相连接；
12.气体导出管的上端，向上插入到气体测量组件中的玻璃管腔体的下部内腔。
13.优选地，乳胶导气管的内径小于刺穿针的上端外径和气体导出管的下端外径。
14.优选地，乳胶导气管，在与刺穿针和气体导出管的连接处，分别环绕地扎紧设置有密封带。
15.优选地，气体测量组件，包括气体测量器、溶剂槽和吸耳球；
16.溶剂槽为顶部开口的透明容器，其内预先存储有预设种类的溶剂；
17.气体测量器，具体包括圆柱形的、透明的玻璃管腔体和过渡管腔体；
18.玻璃管腔体垂直设置；
19.玻璃管腔体的底端开口，并且玻璃管腔体的底端浸入到溶剂槽内的溶剂液面之下的预设深度处；
20.玻璃管腔体的顶端开口；
21.玻璃管腔体的顶端与过渡管腔体的底端相密封连通；
22.过渡管腔体的顶端开口；
的含义是两个或两个以上。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
45.参见图1，本发明提供了一种锂离子二次电池内部气体测量装置，用于实现对锂离子二次电池内部气体的测量、收集和导出。
46.本发明提供的一种锂离子二次电池内部气体测量装置，具体包括气体导出组件1和气体测量组件2；
47.气体导出组件1，用于将锂离子二次电池4内部产生的气体导出，并导入到气体测量组件2中；
48.气体测量组件2，用于接受所述气体导出组件1导入的气体，并测量气体的体积。
49.在本发明中，具体实现上，气体导出组件1，包括刺穿针11、乳胶导气管13和气体导出管14；
50.刺穿针11，用于垂直向下刺入锂离子二次电池4顶部设置的泄气阀40；
51.刺穿针11的上端，与乳胶导气管13的一端相连接(刺穿针11的中空内腔与乳胶导气管13相连通)；
52.乳胶导气管13的另一端，与气体导出管14的下端相连接；
53.气体导出管14的上端，向上插入到气体测量组件2中的玻璃管腔体22的下部内腔(需要说明的是，图1所示的是插入之前的状态；气体导出管14的上端为开口状态)；
54.具体实现上，刺穿针11的针管直径1.3mm，针管长度30mm，上端接头直径6.76mm，接头长度19mm；乳胶导气管13的外径5mm，内径3.4mm，长度100cm；气体导出管直径0.7mm,管长25mm，后端接头直径3.5mm，接头长度18mm。
55.需要说明的是，刺穿针11刺破锂离子二次电池4的泄气阀40，从而将锂离子二次电池内的气体导出，通过乳胶导气管和气体导出管，再导入到气体测量组件的中。
56.需要说明的是，由于乳胶导气管13具有弹性，乳胶导气管13的内径小于刺穿针11的上端外径和气体导出管14的下端外径，这样可以实现乳胶导气管13和刺穿针11以及气体导出管14下端之间的紧密连接。
57.需要说明的是，刺穿针11通过锂离子二次电池4的泄气阀40刺入，从而可以将锂离子二次电池内部的气体通过乳胶导气管13和气体导出管14引入到气体测量组件2的玻璃管腔体22中。
58.具体实现上，为了进一步进行密封处理，乳胶导气管13，在与刺穿针11和气体导出管14的连接处，分别环绕地扎紧设置有密封带12(即包裹上密封带12)，通过用密封带12扎紧，实现进一步的密封处理，提升密封效果。
59.在本发明中，具体实现上，气体测量组件2，包括气体测量器、溶剂槽21和吸耳球24；
60.溶剂槽21为顶部开口的透明容器，其内预先存储有预设种类的溶剂(例如选择的
溶剂是碳酸甲乙酯dmc)；
61.气体测量器，具体包括圆柱形的、透明的玻璃管腔体22和过渡管腔体20；
62.玻璃管腔体22垂直设置；
63.玻璃管腔体22的底端开口，并且玻璃管腔体22的底端浸入到溶剂槽21内的溶剂液面之下的预设深度处(例如3～5cm的深度)；
64.玻璃管腔体22的顶端开口；
65.玻璃管腔体22的顶端与过渡管腔体20的底端相密封连通；
66.过渡管腔体20的顶端开口；
67.吸耳球24，用于对接过渡管腔体20的顶端开口处，然后吸取玻璃管腔体22和过渡管腔体20内部的空气，从而在溶剂槽21内的液体压强的作用下，实现将溶剂槽21内的液体，通过玻璃管腔体22的底端开口吸入到玻璃管腔体22中。
68.具体实现上，玻璃管腔体22与过渡管腔体20，为在生产时一体成型。
69.具体实现上，过渡管腔体20的底端开口的口径，大于其顶端开口的口径。
70.具体实现上，过渡管腔体20的中下部，设置有一个横向分布的、左端开口的圆柱腔体200；
71.该圆柱腔体200中，插入有一个透明的旋钮开关23(具体是玻璃旋钮开关)。
72.需要说明的是，旋钮开关23的插入部分，与插入孔密封连接，避免泄漏。
73.具体实现上，溶剂槽21的外侧，设置有一个铁架台25；
74.铁架台25，用于支撑所述玻璃管腔体22的上部。
75.具体实现上，铁架台25，包括铁架台底座250；
76.铁架台底座250的一端顶部，垂直设置有第一支撑架251；
77.第一支撑架251的上部，与水平分布的第二支撑架252的一端相连接(例如通过现有的固定夹具，例如通过现有常见的螺栓固定管夹)；
78.第二支撑架252的另一端，设置有试管夹；
79.该试管夹，夹持在玻璃管腔体22的上部外壁。
80.具体实现上，玻璃管腔体22的外壁，设置有垂直分布的体积刻度线；
81.需要说明的是，对于本发明，通过玻璃管腔体22外壁的体积刻度线，可实现对液体的体积进行测量，测量精度越高，锂离子二次电池内部气体体积测量的准确性越高，在本发明的装置中，气体测量器的体积测量精度可以达到0.05ml，玻璃管腔体22的体积为5ml。
82.具体实现上，玻璃管腔体22的上方，设置有玻璃的旋钮开关23，旋钮开关23用于控制气体测量器的玻璃管腔体22的内腔与外界环境之间是否连通。其中，当旋钮开关23置于开的状态时，玻璃管腔体22的上部与外界环境是连通的，反之，旋钮开关23置于关的状态时，璃管腔体22上部与外界环境之间是封闭的。
83.具体实现上，气体测量器竖直固定在铁架台25上的试管夹上。玻璃管腔体22的长度35cm，外径10mm,内径6.25mm，玻璃管腔体22的底端开口，玻璃管腔体22能够对进入其中的液体的体积进行测量，测量精度0.05ml，总容量5ml。
84.具体实现上，圆柱腔体200，与玻璃管腔体22相连通；圆柱腔体200的内径1cm，外径为2cm,圆柱腔体的横向长度为3cm。
85.具体实现上，旋钮开关23，包括插入过渡管腔体20的圆柱腔体200中的内芯(即插
入段)，内芯的横向长度5cm，直径1cm，内芯上带有4mm圆形通透孔,当内芯通孔与气体测量器腔体相通时，旋钮开关置于开的状态，通过旋转旋钮开关的内芯，气体测量器的玻璃管腔体22不与内芯上的圆形通透孔相通时，旋钮开关23处于关的状态。旋钮开关23的上部为无刻度的锥形中空玻璃管(属于过渡管腔体20的中上部部分)，长度6cm，顶端开口，内径1mm。
86.具体实现上，气体测量器的玻璃管腔体22底端，浸入到盛有液体的溶剂槽21中3～5cm，气体导出管14从玻璃管腔体22的底端开口插入到玻璃管腔体内，在气体通过气体导出管14导入到玻璃管腔体22内部之前，将气体测量器的旋钮开关23置于开的状态，用吸耳球24将溶剂槽21内的液体吸入到玻璃管腔体22内，然后关闭旋钮开关23，通过溶剂槽21内的液体压强，使得液体保持在玻璃管腔体22内。
87.具体实现上，液体槽21，可以选用500ml玻璃烧杯，烧杯高度122mm,杯身直径90mm，杯口直径95mm，烧杯内溶剂体积达到烧杯体积的4/5，溶剂选择标准是：不溶解电池内部气体，不与电池内部气体发生化学反应，例如，可选择碳酸甲乙酯dmc或乙醇等，在本发明中，优选为选择dmc作为溶剂。
88.具体实现上，气体导出管14导出的气体，通过气体压强将气体测量器中的玻璃管腔体22内的液体排出，通过玻璃管腔体22上的刻度，可以读出排出液体的体积读数，即为所需要测量的锂离子二次电池内部的气体体积。
89.在测试后，打开气体测量器的旋钮开关，可以将气体向外导出。
90.需要说明的是，当气体测量组件2中的玻璃管腔体22内充满液体时，能够实现对液体体积进行测量，测量精度可以达到0.05ml。
91.从气体导出组件1所导入的气体，能够将气体测量组件2中的玻璃管腔体22内的液体排出，读出玻璃管腔体22内所排出液体的体积，即为锂离子二次电池4内部所产生的气体体积。结合气体测量前后锂离子二次电池的体积变化，可以推导出锂离子二次电池内部气体产生的压强。
92.气体测量组件2中的玻璃管腔体22上方设置的旋钮开关23，用于控制玻璃管腔体22与外界环境之间的连通与封闭。通过打开旋钮开关23，可以将测试后的气体导入到现有的气体分析设备中进行后续的气体成分分析，用于分析锂离子二次电池内部产生的副反应。
93.为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的整体操作过程。
94.需要说明的是，在本发明中，气体测量组件，是利用气体压强排液法，来测量排出液体的体积，从而实现对导入的气体的测量。具体操作如下：
95.首先，将气体测量组件2中的玻璃管腔体22底端，浸入到溶剂槽21的溶剂中，例如，玻璃管腔体22底端浸入到溶剂中的深度是3～5cm。溶剂槽内的溶剂高度占溶剂槽21的槽壁高度的4/5以上，溶剂槽内盛放的液体选择原则是：锂离子二次电池内部产生的气体不溶解于溶剂中，更不与溶剂发生化学反应，本发明中选择的溶剂是碳酸甲乙酯dmc。
96.然后，将气体测量器的旋钮开关23置于开的状态，通过吸耳球24将溶剂槽21内的液体吸入到玻璃管腔体22中，然后关闭旋钮开关23，通过溶剂槽21内的液体压强，使液体保持在玻璃管腔体22内，记录液体的顶部液面此时对应的体积刻度。
97.需要说明的是，在本发明中，吸耳球24的作用为：对接过渡管腔体20的顶端开口处，然后通过吸取玻璃管腔体22和过渡管腔体20内部的空气，从而在溶剂槽21内的液体压
强的作用下，实现将溶剂槽21内的液体，通过玻璃管腔体22的底端开口吸入到玻璃管腔体22中。
98.然后，气体导出管14，穿过溶剂槽21内的液体以及玻璃管腔体22的底端，插入到玻璃管腔体22内，例如可以插入到玻璃管腔体22内的高度约为5cm，从而完成本发明装置的连接。
99.接着，在本发明的装置连接好后，刺穿针11刺破锂离子二次电池4的泄压阀40，锂离子二次电池4内的气体，依次通过刺穿针11、乳胶导气管13和气体导出管14，最终引入到气体测量器的玻璃管腔体22中。这时候，通过所导入气体的压强，可以将玻璃管腔体22内的液体排到溶剂槽21内(玻璃管腔体22内液体的顶部液面对应的体积刻度，也随之下降)，读出玻璃管腔体22中排出液体的体积，即为需要测量的锂离子二次电池内部产生的气体体积。
100.在气体测量完成后，打开气体测量器的旋钮开关23，将气体导出到气体收集设备或气体组分分析设备，可以用于后续的分析，例如导入到现有的气体分析设备中，进行后续的气体成分分析，用于分析锂离子二次电池内部产生的副反应。具体采取的气体导出方式，可以是多种方式，例如可以是：将过渡管腔体20的顶端开口，通过密封连接的、中空的乳胶接气管，与外部的气体存储容器(例如气袋)相连通，从而实现对锂离子二次电池内部产生的气体的收集需求。
101.需要说明的是，对于本发明，其结果设计科学，所用组件成本低廉，测试操作简单易行，本发明可以将各种工况及各种应用场景下单体、模组或电池包测试后的锂离子二次电池作为测试对象，解决锂离子二次电池内部气体的测量问题。
102.综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种锂离子二次电池内部气体测量装置，其结构设计科学，能够方便可靠地对锂离子二次电池内部气体进行测量，具有重大的实践意义。
103.此外，基于本发明提供的锂离子二次电池内部气体测量装置，还有利于对锂离子二次电池内部气体进行收集，便于进一步对气体进行分析使用。
104.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。