本實(shí)用新型涉及一種鋁殼鋰離子脹氣電池取氣測試裝置。
背景技術(shù)：
近年來，鋰離子電池因工作電壓高、能量密度大、無記憶效應(yīng)、自放電率小、對環(huán)境友好等優(yōu)異性能得到了迅猛發(fā)展。中國鋰電產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長，不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用對于鋰離子電池的性能提出了更高的要求。
鋰離子電池在進(jìn)行充放電過程中會產(chǎn)生氣體，主要是因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶劑的分解。盡管常用的電解質(zhì)中烷基碳酸酯溶劑的氧化電勢較高（在4.5-5V之間），但在較高電勢下仍會被氧化產(chǎn)生包括CO、CO2以及含有酯鍵、羥基以及醛基的有機(jī)物。同時在低電勢下，會在負(fù)極的表面發(fā)生分解從而產(chǎn)生烯烴氣體。除了電解質(zhì)溶劑的分解，還存在電解質(zhì)中的鋰鹽的產(chǎn)氣問題：如最常用的LiPF6，分解溫度只有80-85℃。Li 鹽的分解不僅影響其本身的穩(wěn)定性，同時其分解產(chǎn)生的HF與PF5 與SEI膜中的Li2CO3、烷基碳酸鋰和烷氧基碳酸鋰反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。產(chǎn)生的氣體會引起極片膨脹以及增加電池內(nèi)阻，從而對電池的循環(huán)性能產(chǎn)生非常大的影響。氣體產(chǎn)生的量越多，電池的循環(huán)性能就越差，容量快速衰減。因此對鋰離子電池脹氣成分分析顯得尤為重要。通過監(jiān)測脹氣電池氣體組分及含量，能夠更好地指導(dǎo)研究者們對電池材料以及電池設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
通過對鋁殼鋰離子脹氣電池取氣測試裝置檢測電池內(nèi)部產(chǎn)氣，可以分析脹氣電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，亦可研究不同電池設(shè)計、生產(chǎn)工藝、電極及電解液種類、存儲方式、使用環(huán)境和充放電制度等條件下電池內(nèi)部產(chǎn)氣的作用機(jī)理，以便得出對于不同條件下產(chǎn)氣的抑制處理手段。因此，提供一種脹氣電池取氣測試裝置非常必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種鋁殼鋰離子脹氣電池取氣測試裝置，該測試裝置能夠快速分析鋁殼鋰離子脹氣氣體成份及含量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：包括用于夾持脹氣電池的夾具、用于導(dǎo)出脹氣氣體的取氣針、用于驅(qū)動取氣針進(jìn)入脹氣電池的步進(jìn)電機(jī)、與取氣針相連的真空泵及氣體收集袋、與氣體收集袋相連的氣相色譜儀，所述的取氣針為不銹鋼材質(zhì)的空心管體，取氣針的頭部設(shè)有便于刺穿脹氣電池的尖部，所述取氣針的尾部為與步進(jìn)電機(jī)相連的實(shí)心結(jié)構(gòu)。
所述的取氣針上套設(shè)有橡膠或硅膠材質(zhì)制成的O型密封套，該O型密封套的內(nèi)徑與取氣針的外徑相等，所述的O型密封套靠近取氣針的頭部設(shè)置，O型密封套在取氣針刺穿脹氣電池時與脹氣電池之間形成密封。
所述取氣針的外徑為2～8mm，所述取氣針的內(nèi)徑為0.5～2mm。
所述的氣體收集袋通過第一導(dǎo)管與取氣針相連，所述的第一導(dǎo)管上旁通有與真空泵相連的第二導(dǎo)管，所述的第一導(dǎo)管上設(shè)有第一氣密閥，所述的第二導(dǎo)管上設(shè)有第二氣密閥。
所述的第一導(dǎo)管及第二導(dǎo)管由橡膠或硅膠材質(zhì)制成，所述的第一氣密閥與第二氣密閥由聚丙烯材質(zhì)制成。
所述的夾具及步進(jìn)電機(jī)均固定在底座上，且步進(jìn)電機(jī)垂直于夾具設(shè)置，所述的底座及夾具由金屬材料焊接而成，且夾具上設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲。
所述的氣相色譜儀配置有介質(zhì)阻擋放電等離子體檢測器。
所述的真空泵為油泵。
所述的氣體收集袋為多層鋁箔復(fù)合膜材質(zhì)。
所述的夾具、取氣針、步進(jìn)電機(jī)、真空泵、氣體收集袋、底座、脹氣電池均置于手套箱內(nèi)，所述的手套箱內(nèi)充滿惰性氣體。
由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的取氣針在步進(jìn)電機(jī)的控制下對脹氣電池進(jìn)行穿刺取氣，脹氣電池內(nèi)部的氣體通過第一導(dǎo)管、第一氣密閥、氣體收集袋后進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行氣體成分及含量分析。整個裝置制造簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊，可剖析不同工況下的電池脹氣機(jī)理。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明：
如圖1所示的一種鋁殼鋰離子脹氣電池取氣測試裝置，包括用于夾持脹氣電池10的夾具1、用于導(dǎo)出脹氣氣體的取氣針2、用于驅(qū)動取氣針2進(jìn)入脹氣電池10的步進(jìn)電機(jī)3、與取氣針2相連的真空泵4及氣體收集袋5、與氣體收集袋5相連的氣相色譜儀6，取氣針2為不銹鋼材質(zhì)的空心管體，取氣針2的頭部設(shè)有便于刺穿脹氣電池10的尖部，取氣針2的尾部為與步進(jìn)電機(jī)3相連的實(shí)心結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，取氣針2上套設(shè)有橡膠或硅膠材質(zhì)制成的O型密封套7，該O型密封套7的內(nèi)徑與取氣針2的外徑相等，O型密封套7靠近取氣針2的頭部設(shè)置，O型密封套7在取氣針2刺穿脹氣電池10時與脹氣電池10之間形成密封。
進(jìn)一步的，取氣針2的外徑為2～8mm，取氣針2的內(nèi)徑為0.5～2mm。
進(jìn)一步的，氣體收集袋5通過第一導(dǎo)管8與取氣針2相連，第一導(dǎo)管8上旁通有與真空泵4相連的第二導(dǎo)管9，第一導(dǎo)管8上設(shè)有第一氣密閥81，第二導(dǎo)管9上設(shè)有第二氣密閥91。
進(jìn)一步的，第一導(dǎo)管8及第二導(dǎo)管9由橡膠或硅膠材質(zhì)制成，第一氣密閥81與第二氣密閥91由聚丙烯材質(zhì)制成。
進(jìn)一步的，夾具1及步進(jìn)電機(jī)3均固定在底座11上，且步進(jìn)電機(jī)3垂直于夾具1設(shè)置，底座11及夾具1由金屬材料焊接而成，且夾具1上設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲。通過調(diào)節(jié)螺絲的調(diào)節(jié)可以使夾具1夾持不同大小型號的脹氣電池。
進(jìn)一步的，氣相色譜儀6配置有介質(zhì)阻擋放電等離子體檢測器。
進(jìn)一步的，真空泵4為油泵。
進(jìn)一步的，氣體收集袋5為多層鋁箔復(fù)合膜材質(zhì)。
進(jìn)一步的，夾具1、取氣針2、步進(jìn)電機(jī)3、真空泵4、氣體收集袋5、底座11、脹氣電池10均置于手套箱內(nèi)，手套箱內(nèi)充滿惰性氣體（H2O、O2＜0.1ppm）。
本實(shí)用新型的工作原理及工作過程如下：
先打開第一氣密閥與第二氣密閥，再將真空泵打開抽真空置換流路氣體；隨后關(guān)閉真空泵和第二氣密閥，打開步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行穿刺，脹氣氣體經(jīng)過取氣針、第一導(dǎo)管、第一氣密閥進(jìn)入氣體收集袋；最后關(guān)閉第一氣密閥和步進(jìn)電機(jī)，將氣體收集袋上的開關(guān)擰緊，氣體進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行氣體成分及含量分析。
本實(shí)用新型的有益效果在于：1）導(dǎo)管采用氣密材料制成，能有效阻止氣體泄漏；2）固定有取氣針的步進(jìn)電機(jī)能瞬間有效的刺穿脹氣電池，同時可控制穿刺深度，導(dǎo)出脹氣氣體；3）O型密封套安裝于取氣針的針頭處，能有效的對穿刺氣體進(jìn)行密封，防止氣體泄漏；4）夾具能有效的對穿刺電池進(jìn)行固定，不論方形或者圓形鋁殼電池；5）氣體收集袋為多層鋁箔復(fù)合膜材質(zhì)，能夠防治氣體存儲時的腐蝕及泄漏；6）氣相色譜儀配置的介質(zhì)阻擋放電等離子體檢測器能夠?qū)哿慨a(chǎn)氣成分進(jìn)行分析；7）真空泵能有效的排除管路內(nèi)存在空氣對脹氣氣體的分析干擾。
綜上所述，本實(shí)用新型測試裝置中的取氣針，可刺穿進(jìn)入脹氣電池內(nèi)部導(dǎo)出需要測試的氣體；由硅膠或橡膠制成的O型密封套套設(shè)在取氣針的頭部，可起到穿刺時的緩沖及氣體密封作用；第二導(dǎo)管及第二氣密閥連接真空泵與取氣針，通過第二氣密閥可控制管道內(nèi)的空氣含量，防止空氣引起的測試干擾；步進(jìn)電機(jī)用于固定取氣針進(jìn)行電池穿刺取氣；真空泵用于抽真空控制氣路管道內(nèi)的空氣含量；氣體收集袋可對氣體進(jìn)行儲存，并將氣體送入氣相色譜儀分析；該測試裝置制造簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)γ洑怆姵貎?nèi)部產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集分析，剖析不同工況下的電池脹氣機(jī)理。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。