專利名稱：：鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋰離子電池性能檢測方法及裝置，尤其涉及一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
：隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，其安全性越來越受到人們的重視，鋰離子電池是一個密閉的反應(yīng)容器，在其加工、性能檢測及使用過程中的不同環(huán)境下由于內(nèi)部化學或物理作用而產(chǎn)生氣體，氣體的積聚會引發(fā)電池內(nèi)壓升高，因此要求安全閥的極限壓力設(shè)計必須在安全范圍內(nèi)，極限壓力值過高則電池內(nèi)部氣體不能及時排出而導致電池爆炸，造成安全事故，過低則又會導致電池過早失效，降低使用壽命。因此，精確測量電池內(nèi)部壓力非常必要。尤其目前人們模擬了電池在各種使用狀態(tài)下，圍繞溫度變化進行了一系列安全檢測，如熱箱、過充、針刺、短路、擠壓等，在驗證電池安全性能方面起著重要作用，但這些檢測重點監(jiān)控了電池溫度變化，而對于電池內(nèi)部壓力的檢測卻少有精密有效的方法，公開號為CN1976109A的中國專利申請"鋰離子電池內(nèi)部壓力測定方法，，公開的方法是在電池巻繞過程中加入壓感紙，然后解剖電池取出壓感紙，將壓感紙的顏色與常規(guī)標準比色卡進行對比，從而得知電池內(nèi)各部位的壓力及分布狀況。盡管能獲得有關(guān)電池內(nèi)部壓力的信息，但該方法只能定性分析并且存在滯后性；目前，鋰離子電池內(nèi)部壓力的大小依舊只能從電池安全閥有無打開來判斷，存在滯后性和不夠精確性。因此，實時了解電池內(nèi)部壓力變化，尤其對離子電池在化成、后處理、老化、高溫存儲及各種濫用測試過程中電池內(nèi)部壓力監(jiān)控，提供電池安全指示已成為行業(yè)關(guān)注問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于針對上述問題，提供一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法及裝置，從而實現(xiàn)對鋰離子電池內(nèi)部壓力的實時、有效、精確的監(jiān)測，對改進電池設(shè)計，消除安全隱患起到重要保證作用。本發(fā)明的檢測原理是根據(jù)玻意耳定律，該定律的具體內(nèi)容是:在恒溫時，一定質(zhì)量的氣體壓力與其體積成反比關(guān)系，即壓力乘以體積等于常數(shù)，公式為P^-P^。此表示一定質(zhì)量的氣體壓力增加時，則會造成其體積的縮小。反之，當一定質(zhì)量的氣體壓力減少時，則會造成其體積的增加。根據(jù)上述原理，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法，其特征在于是根據(jù)玻意耳定律設(shè)定公式P。xV。-P一(V。+AV),溫度為常量；其中P。一電池內(nèi)部氣體壓力，V。一電池內(nèi)部氣體在P。壓力下的體積，P,—大氣壓，AV—電池內(nèi)部氣體在大氣壓下體積的變化量，通過檢測AV、V。計算出P。；具體檢測步驟如下(1).測定電池內(nèi)部氣體體積的變化量AV，通過在電池底部鉆出直徑為l-2mm的小孔，將電池內(nèi)部氣體經(jīng)密封氣道排入處于大氣壓下的帶刻度量管的液體中，持續(xù)15-30s,直至氣體排放停止，此步驟中，根據(jù)液面讀取并記錄量管在通入氣體前后的讀ttVl、V2,AV=V2-VI;(2).測定電池內(nèi)部氣體體積V。，稱取由步驟(l)得到的停止排氣的電池的重量，精確到0.OOlg，記錄為W。；然后，將整個電池浸入密度為p的電解液中，使其淹沒在液面下2-4cm;將電解液的環(huán)境抽真空，使電池內(nèi)的所有氣隙的氣體排出并填充入電解液，最后，從電解液中取出電池將其外表面的電解液清除干凈，再次稱取電池重量，精確到0.OOlg,記錄為W1;計算電池內(nèi)部氣體體積V。=(W。)/p;(3).根據(jù)上述公式P。xV。=P,x(V。+△V),將大氣壓值及分別由步驟(l)、(2)得到的AV值和V。值代入，即可算出電池內(nèi)部氣體壓力P。。一種實現(xiàn)上述檢測方法中檢測電池內(nèi)部氣體體積變化量△V的檢測裝置，其特征在于是由帶電池夾具的放氣管道、輸氣管、帶刻度的玻璃量管、三閥洗耳球、水槽及鐵架臺構(gòu)成；玻璃量管豎直固定在鐵架臺上，其下端插入水槽的水中、J^與三閥洗耳球連接；輸氣管一端插入玻璃量管下端口、另一端套裝在放氣管道的出氣口上，放氣管道的進氣口通過電池夾具通至電池，上述連接均為氣密封連接。所述的帶電池夾具的放氣管道是由放氣管道與電池夾具構(gòu)成，所述的放氣管道主要包括管道體、旋轉(zhuǎn)手柄及針頭，管道體底部設(shè)有進氣口、側(cè)面設(shè)有出氣口、頂部設(shè)置與管道體螺紋連接的旋轉(zhuǎn)手柄，在旋轉(zhuǎn)手柄的下端固定連接隨其上下移動的伸入進氣口的針頭；電池夾具由夾緊電池的平行上、下夾板，緊固兩夾板的螺桿及開有中心過氣孔的密封墊構(gòu)成，管道體以其進氣口對準上夾板上開設(shè)的過氣孔氣密封固定連接在上夾板上，密封墊以其中心過氣孔對準上夾板的過氣孔固定設(shè)置在上夾板底面。所述的針頭直徑為l-2mm。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明提供的根據(jù)玻意耳定律的原理對鋰離并配合真空箱、燒杯等常規(guī)實驗器具及電解液實現(xiàn)了對鋰離子電池內(nèi)部壓力的實時、有效、精確的監(jiān)測，對了解電池內(nèi)部機理，改進電池本體結(jié)構(gòu)及安全閥設(shè)計起到直接指導作用，為消除安全隱患起到重要保證；尤其提供的AV檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于制作，適宜在鋰離子電池制造業(yè)推廣。圖l是本發(fā)明中電池內(nèi)部氣體體積變化量AV檢測裝置的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖；圖2是圖1中帶電池夾具的放氣管道的放大結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖。圖中1帶電池夾具的放氣管道，1-1旋轉(zhuǎn)手柄，1-2針頭，1-3管道體，1-4放氣管道進氣口，1-5上夾板過氣孔，1-6上夾板，1-7密封墊，1-8密封墊的中心過氣孔，1-9螺桿，1-10放氣管道出氣口，2輸氣管，3水槽，4水柱，5玻璃量管，6鐵架臺，7三閥洗耳J求，7-1氣嚢，7-2A閥，7-3S閥，7-4E閥，8電池。以下結(jié)合附圖和較佳實施例對本發(fā)明提供的方法、裝置及相互結(jié)合的具體應(yīng)用詳細i兌明。具體實施例方式本發(fā)明提供出一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法，其特征在于是根據(jù)玻意耳定律設(shè)定公式P。xV產(chǎn)P一(V。+AV)，溫度為常量；其中P。一電池內(nèi)部氣體壓力，V。一電池內(nèi)部氣體在P。壓力下的體積，Pi—大氣壓，AV—電池內(nèi)部氣體在大氣壓下體積的變化量，這里，V。+AV即為電池內(nèi)部氣體在大氣壓P下的體積，通過^r測AV、V。計算出P。；如圖1~圖2所示，本發(fā)明還提供出實現(xiàn)檢測電池內(nèi)部氣體體積變化量AV的檢測裝置，其特征在于是由帶電池夾具的放氣管道l、輸氣管2、帶刻度的玻璃量管5、三閥洗耳球7、水槽3及鐵架臺6構(gòu)成；玻璃量管5豎直固定在鐵架臺6上，其下端插入水槽3的水中、上端與三閥洗耳球7連接；輸氣管2—端插入玻璃量管5下端口、另一端套裝在放氣管道的出氣口1-10上，放氣管道的進氣口1-4通過電池夾具通至電池8,上述連接均為氣密封連接。上述輸氣管2采用乳膠管，帶刻度的玻璃量管5采用刻度范圍為10"20ml的兩端開口的玻璃直管，乳膠管、玻璃量管及帶玻璃閥的三閥洗耳球均為市售產(chǎn)品。上述的帶電池夾具的放氣管道1是由放氣管道與電池夾具構(gòu)成，所述的放氣管道主要包括管道體1-3、.旋轉(zhuǎn)手柄1-1及針頭1-2,針頭直徑為l-2mm,管道體底部設(shè)有進氣口1-4、側(cè)面設(shè)有出氣口1-10、頂部設(shè)置與管道體螺紋連接的旋轉(zhuǎn)手柄1-1，在旋轉(zhuǎn)手柄1-1的下端固定連接隨其上下移動的伸入進氣口的針頭l-2;電池夾具由夾緊電池的平行上、下夾板l-6、l-6'，緊固兩夾板的螺桿1-9及開有中心過氣孔1-8的密封墊1-7構(gòu)成，管道體1-3以其進氣口1-4對準上夾板1-6上開設(shè)的過氣孔1-5氣密封固定連接在上夾板上，密封墊1-7以其中心過氣孔l-8對準上夾板的過氣孔1-5固定設(shè)置在上夾板1-6底面；這里密封墊采用橡膠密封墊。下面結(jié)合上述裝置具體闡述本發(fā)明提供的鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法的具體檢測步驟(1).測定電池內(nèi)部氣體體積的變化量△V:(1.l)先轉(zhuǎn)動放氣管道的旋轉(zhuǎn)手柄1-1,使與其固定連接的針頭1-2伸入密封墊1-7的中心過氣孔1-8的內(nèi)部l-2mm;將適量的硅樹脂膠涂抹在電池8底部，將電池置于上夾板l-6的密封墊l-7與下夾板l-6'之間，擰緊固定上、下夾板的螺桿1-9,使電池8緊緊地固定在夾具上，使其底部和密封墊1-7之間充分密封；(1.2)將帶刻度的兩端開口的玻璃量管5固定在鐵架臺6上，向水槽3中添加足量的水，使玻璃量管5的下端口在水面以下lcm處；將三閥洗耳球7密封套裝在玻璃量管5的上端口，用手打開三閥洗耳球的A閥7-2,將氣嚢7-1中的空氣擠壓排空，然后關(guān)閉A岡，打開S閥7-3使玻璃量管5的水面上升到一定的刻度Vl,如圖1中的水柱4所示，關(guān)閉S閥確保玻璃量管5內(nèi)液面處于穩(wěn)定的水平狀態(tài)；E閥7-4處于關(guān)閉狀態(tài)。此時玻璃量管5的底部內(nèi)外壓力平衡在大氣壓下，將輸氣管2—端插入玻璃量管5的下端口、另一端套裝在放氣管道的出氣口l-10上，并確保連接處的密封性，記錄玻璃量管的讀數(shù)VI;(1.3)勿頃時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄1-1,使針頭l-2下行，在電池底部鉆出一個直徑為l-2mm的小孔，然后慢慢逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄后退，這時電池內(nèi)部氣體開始排出，通過^:氣管道由輸氣管2輸至玻璃量管5底部，并推動玻璃量管5中的水面上升，持續(xù)15-30s，液面穩(wěn)定不再上升，記錄玻璃量管的讀數(shù)V2;(1.4)計算/^=V2-VI;(2).測定電池內(nèi)部氣體體積V。(2.1)將由步驟(1)得到的停止排氣的電池小孔朝上并用膠帶封住小孔以防其內(nèi)部電解液揮發(fā)及負極與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，稱取電池的重量，精確到0.OOlg,記錄為W。;，(2.2)去除小孔上的膠帶.并孔朝上將電池放入玻璃燒杯當中；向燒杯中注入密度為p電解液，直到完全淹沒電池上端并超出2-4cm，將燒杯置于真空箱內(nèi)抽真空，這使得電池中的任何空隙內(nèi)的氣體都通過小孔逸出，并完全被電解液填充；(2.3)從真空箱內(nèi)取出電池，將附著在電池外表面的所有電解液清除干凈，再次稱取電池的重量，精確到0.OOlg,并記為W1;(2.4)計算電池內(nèi)部氣體體積V。=(W廣W。)/p。(3).根據(jù)上述公式P。xV。=P,x(V。+△V)，將大氣壓值及分別由步驟(1)、(2)得到的AV值和V。值代入，即可算出電池內(nèi)部氣體壓力P。。測試結(jié)果及分析利用本發(fā)明提供的檢測方法和裝置測試了四只18650型圓形電池在化成后的電池內(nèi)壓，表l中示出了四次測試例中的已知參數(shù)、測定參數(shù)和計算結(jié)果，電解液采用了密度為1.216g/Cm4々LiPF6電解液。通過電池內(nèi)部氣體壓力P。的測定，可以看出在化成之后電池內(nèi)部壓力上升較快，達到化成前的兩倍之多，并且四只電池測試結(jié)果的一致性較好。該量化的測定結(jié)果，可以在電池本體結(jié)構(gòu)及安全閥設(shè)計中提供數(shù)據(jù)依據(jù)及理論指導。表l電池內(nèi)部氣體壓力P。測試及計算結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法，其特征在于是根據(jù)玻意耳定律設(shè)定公式P0×V0＝P1×(V0+ΔV)，溫度為常量；其中P0-電池內(nèi)部氣體壓力，V0-電池內(nèi)部氣體在P0壓力下的體積，P1-大氣壓，ΔV-電池內(nèi)部氣體在大氣壓下體積的變化量，通過檢測ΔV、V0計算出P0；具體檢測步驟如下(1).測定電池內(nèi)部氣體體積的變化量ΔV，通過在電池底部鉆出直徑為1-2mm的小孔，將電池內(nèi)部氣體經(jīng)密封氣道排入處于大氣壓下的帶刻度量管的液體中，持續(xù)15-30s，直至氣體排放停止，此步驟中，根據(jù)液面讀取并記錄量管在通入氣體前后的讀數(shù)V1、V2，ΔV＝V2-V1；(2).測定電池內(nèi)部氣體體積V0，稱取由步驟(1)得到的停止排氣的電池的重量，精確到0.001g，記錄為W0；然后，將整個電池浸入密度為ρ的電解液中，使其淹沒在液面下2-4cm；將電解液的環(huán)境抽真空，使電池內(nèi)的所有氣隙的氣體排出并填充入電解液，最后，從電解液中取出電池將其外表面的電解液清除干凈，再次稱取電池重量，精確到0.001g，記錄為W1；計算電池內(nèi)部氣體體積V0＝(W1-W0)/ρ；(3).根據(jù)上述公式P0×V0＝P1×(V0+ΔV)，將大氣壓值及分別由步驟(1)、(2)得到的ΔV值和V0值代入，即可算出電池內(nèi)部氣體壓力P0。2、一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的檢測方法中檢測電池內(nèi)部氣體體積變化量AV的檢測裝置，其特征在于是由帶電池夾具的放氣管道、輸氣管、帶刻度的玻璃量管、三閥洗耳球、水槽及鐵架臺構(gòu)成;玻璃量管豎直固定在鐵架臺上，其下端插入水槽的水中、上端與三閥洗耳球連接；輸氣管一端插入玻璃量管下端口、另一端套裝在放氣管道的出氣口上，放氣管道的進氣口通過電池夾具通至電池，上述連接均為氣密封連接。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測電池內(nèi)部氣體體積變化量AV的檢測裝置，其特征在于所述的帶電池夾具的放氣管道是由放氣管道與電池夾具構(gòu)成，所述的放氣管道主要包括管道體、旋轉(zhuǎn)手柄及針頭，管道體底部設(shè)有進氣口、側(cè)面設(shè)有出氣口、頂部設(shè)置與管道體螺紋連接的旋轉(zhuǎn)手柄，在旋轉(zhuǎn)手柄的下端固定連接隨其上下移動的伸入進氣口的針頭；電池夾具由夾緊電池的平行上、下夾板，緊固兩夾板的螺桿及開有中心過氣孔的密封墊構(gòu)成，管道體以其進氣口對準上夾板上開設(shè)的過氣孔氣密封固定連接在上夾板上，密封墊以其中心過氣孔對準上夾板的過氣孔固定設(shè)置在上夾板底面。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測電池內(nèi)部氣體體積變化量AV的檢測裝置，其特征在于所述的^"頭直徑為l-2mm。全文摘要本發(fā)明涉及一種鋰離子電池內(nèi)部壓力檢測方法及裝置，其特征在于是根據(jù)玻意耳定律設(shè)定公式P<sub>0</sub>×V<sub>0</sub>＝P<sub>1</sub>×(V<sub>0</sub>+ΔV)，溫度為常量；其中P<sub>0</sub>-電池內(nèi)部氣體壓力，V<sub>0</sub>-電池內(nèi)部氣體在P<sub>0</sub>壓力下的體積，P<sub>1</sub>-大氣壓，ΔV-在大氣壓下電池內(nèi)部氣體體積的變化量；具體檢測步驟1.測定電池內(nèi)部氣體體積的變化量ΔV；2.測定電池內(nèi)部氣體體積V<sub>0</sub>；3.算出電池內(nèi)部氣體壓力P<sub>0</sub>；檢測ΔV的裝置是由帶電池夾具的放氣管道，輸氣管，帶刻度玻璃量管，三閥洗耳球，水槽及鐵架臺構(gòu)成。本發(fā)明的有益效果實現(xiàn)對鋰離子電池內(nèi)部壓力實時、有效及精確的測量，指導對電池本體結(jié)構(gòu)及安全閥設(shè)計的改進，對消除安全隱患起到重要保證作用。文檔編號G01F22/00GK101281984SQ20081005319公開日2008年10月8日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日發(fā)明者滕彥梅,勇趙,金慧芬,高俊奎申請人:天津力神電池股份有限公司