多用途电池产气原位检测分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种多用途电池产气原位检测分析装置，主要由支架、下缸体、中缸圈、顶盖、弹簧、绝缘内衬套、导电垫片、蝶形螺钉等组成，再连接有注射器、数显压力传感器等。该装置兼容扣式电池和圆柱型电池的检测分析，当放置于主体装置中的电池充放电测试时，主体装置中的气体压力可通过数显压力传感器实时显示，传感器示值变化对应电池产气量的变化并据此可间接评估电池材料的稳定性或安全性。电池在主体装置中经过搁置或充放电循环一段时间后，可通过在线或非在线气相进样的方式将主体装置内的气体传输到气相色谱‑质谱联用仪里进行原位分析，而产气量的多少和产气的组成成分取决于电池所用材料，据此可评估所用电池材料的稳定性或安全性。

In-situ Detection and Analysis Device for Gas Production of Multipurpose Batteries

The invention provides a multipurpose battery gas production in-situ detection and analysis device, which is mainly composed of a bracket, a lower cylinder block, a middle cylinder ring, a top cover, a spring, an insulating inner bushing, a conductive gasket, butterfly screw, etc., and is connected with a syringe, a digital pressure sensor, etc. The device is compatible with the detection and analysis of button batteries and cylindrical batteries. When the charge and discharge of batteries are tested in the main device, the gas pressure in the main device can be real-time displayed by a digital pressure sensor. The change of the sensor indication corresponds to the change of the gas production of batteries and indirectly evaluates the stability or safety of battery materials. After a period of shelving or charge-discharge cycle in the main device, the gas in the main device can be transferred to the gas chromatography-mass spectrometer by on-line or off-line gas injection for in-situ analysis. The amount of gas production and the composition of gas production depend on the material used in the battery, and the stability or safety of the battery material can be evaluated accordingly.

【技术实现步骤摘要】
多用途电池产气原位检测分析装置
本专利技术涉及电池检测分析
，尤其涉及一种多用途电池产气原位检测分析装置。
技术介绍
《巴黎协定》的签署标志着世界各国在降低碳排放、全球环境治理达成了重要共识，近年来电动汽车用锂离子动力电池的大规模推广则是上述协定精神的重要体现，而具有较高能量密度的高镍动力电池成为电动汽车续航能力提升的关键。锂离子动力电池使用的高镍材料，包括LiNi1-y-zCoyMnzO2、LiNi1-y-zCoyAlzO2等材料（1-y-z＞0.5），在高、低压和/或高倍率充放电条件下易与电解液发生副反应而发生结构失稳，并可能伴随着氧气、二氧化碳、低分子量烯烃及其它气态副产物的产生。此外，由于金属锂具有极高的理论比容量（~3860mAh/g）和低的电极电位（-3.04Vvs.SHE），已成为下一代高比能二次电池（如锂硫电池）的首选负极材料。金属锂具有强还原性，易于电解质发生副反应，生成二氧化碳、氢气、低分子量烯烃等气态副产物。电池内气体产生的会导致电池电化学性能衰减，且产生的可燃性气体增加了电池的安全隐患。目前的电池产气分析装置主要是通过U型管结构[专利申请号201210310265.2]、单纯的压力传感器[专利申请号201610728196.5]或阿基米德排液体法[专利申请号201810081338.2]，来监测电池在循环过程中产气量的变化。这些装置只是在有限的范围内通过监测气体的压力来评估电池反应中产生气体的量，间接地评估电池体系的安全性或稳定性，而无法做到对电池产气情况的实时直接检测以及后续的气体成份等精准分析。此外，专利申请号为201420366797.2的技术专利也公开了一种锂离子电池产气测试装置，但该装置使用的电解池与真实的单体电池外壳差距大，不能模拟真实的单体电池工作环境，检测的结果可靠性不高。专利申请号为201220236884.7的技术专利也公开了一种锂离子电池内部产气检测装置，但该装置未说明电池夹具的结构，因为电池夹具的构造是圆柱电池产气检测准确性的决定因素。人们往往难以在充放电测试时原位收集、检测、分析电池产气过程及相应气体产物，从而使针对高镍动力锂离子电池和金属二次电池产气问题而进行的电极材料、电解液开发及改性工作变得困难。因此，开发原位收集、传输电池产气并分析产气情况的装置，对电池安全性评估、电池改性工作显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前电池产气收集、传输和分析装置的不足，提出一种能够对电池在静置、充放电过程中电池的产气情况进行检测分析的装置，具体是一种多用途电池产气原位检测分析装置。本专利技术装置兼容圆柱型电池和扣式电池，结构精巧，有望为高镍动力电池、锂硫电池等锂离子电池和其它金属二次或原电池的安全性评估和电池材料的改性工作提供强有力工具。针对圆柱型电池，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种多用途电池产气原位检测分析装置，包括支架，支架的顶部螺纹连接有能够上下移动的蝶形螺钉，蝶形螺钉的底端端部紧密嵌合有耐磨绝缘球；支架的下部滑动卡装有下缸体，下缸体的顶部缸口处安置有中缸圈且在二者之间设置有下垫圈，中缸圈的顶部圈口处安置有顶盖且在二者之间设置有上垫圈，蝶形螺钉通过其底部的耐磨绝缘球顶置在顶盖的顶部中心处；顶盖的外侧壁上开设有三个连接孔，每个连接孔的孔底都开设有与顶盖内部空间相通的深孔，其中，一个连接孔通过旋阀连接有注射器、一个连接孔通过螺纹转接件连接有数显压力传感器、最后一个连接孔只连接有旋阀；顶盖内的中心位置连接有弹簧；顶盖、中缸圈及下缸体的的外侧壁上分别设置有用于与电池测试系统连接的鳄鱼夹接口。当用来分析圆柱型电池时，中间为通孔设计的下垫圈放置于下缸体和中缸圈之间，起到绝缘和密封的作用；圆柱型电池安置在下缸体内并穿过下垫圈及中缸圈，圆柱型电池的正极端抵住下缸体内的内腔底部，圆柱型电池的负极端开孔，孔径为1-2mm，圆柱型电池的负极端朝上放置并抵住顶盖上的弹簧。圆柱型电池放置好后，可以通过旋紧蝶形螺钉以增强压缩弹簧的压力，从而压紧圆柱型电池，无需额外的液压机来压紧电池。顶盖及下缸体上的鳄鱼夹接口连接电池测试系统，用以进行电池充放电测试。针对扣式电池，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种多用途电池产气原位检测分析装置，包括支架，支架的顶部螺纹连接有能够上下移动的蝶形螺钉，蝶形螺钉的底端端部紧密嵌合有耐磨绝缘球；支架的下部滑动卡装有下缸体，下缸体的顶部缸口处安置有中缸圈且在二者之间设置有下垫片，中缸圈的顶部圈口处安置有顶盖且在二者之间设置有上垫圈，蝶形螺钉通过其底部的耐磨绝缘球顶置在顶盖的顶部中心处；顶盖的侧壁上开设有三个连接孔，每个连接孔的孔底都开设有与顶盖内部空间相通的深孔，其中，一个连接孔通过旋阀连接有注射器、一个连接孔通过螺纹转接件连接有数显压力传感器、最后一个连接孔只连接有旋阀；顶盖内的中心位置连接有弹簧；顶盖、中缸圈及下缸体的的外侧壁上分别设置有用于与电池测试系统连接的鳄鱼夹接口；中缸圈的孔道内安装有绝缘内衬套，绝缘内衬套内的底部安置有导电垫片。当用来分析扣式电池时，中间无通孔的下垫片放置于下缸体和中缸圈之间，起到绝缘和密封的作用；导电垫片置于绝缘内衬套的套孔内，扣式电池安置在绝缘内衬套孔内的导电垫片上；扣式电池的正极端开孔，孔径为1-2mm，扣式电池的正极端朝上放置并抵住顶盖上的弹簧，负极端朝下放置并抵住导电垫片。扣式电池放置好后，可以通过旋紧蝶形螺钉以增强压缩弹簧的压力，从而压紧扣式电池，无需额外的液压机来压紧电池。顶盖及中缸圈上的鳄鱼夹接口连接电池测试系统，用以进行电池充放电测试。对于上述两个技术方案，优选的，支架包括后支撑竖板，后支撑竖板的底部设有第一支撑足，后支撑竖板的顶部向前延设有前支撑横梁，前支撑横梁上开设有竖向螺栓孔，蝶形螺钉螺纹连接在竖向螺纹孔内；后支撑竖板的下部两侧分别向前延设有支撑台，两个支撑台的前端分别向下延设有第二支撑足和第三支撑足；下缸体的底部两侧设有与支架上支撑台相配合的卡槽，下缸体通过其上的卡槽滑动卡装在支架的支撑台上。对于上述两个技术方案，优选的，顶盖的顶部中心处设有下凹的且能与耐磨绝缘球相配合的半圆形凹槽。对于上述两个技术方案，优选的，顶盖上只连接有旋阀的那个连接孔通过其上的旋阀连接有气相色谱-质谱联用仪。对于上述两个技术方案，优选的，顶盖上的深孔的直径为1-3mm。对于上述第二个技术方案，优选的，绝缘内衬套的内套壁底部设有一圈支撑棱台，导电垫片安置在支撑棱台上。本专利技术装置的测试原理为：当放置于本专利技术装置内的电池在进行搁置或在严苛条件如高温、高/低压和/或高倍率下进行充放电测试时，会产生一定量的助燃或可燃气体积聚在主体装置中，气体压力可通过数显压力传感器实时显示，在不同条件下（如不同测试温度、不同倍率、不同充放电电位、不同循环或搁置时间）所产生气体组分可通过在线或非在线气相进样的方式送到气相色谱-质谱联用仪里进行原位或非原位分析，而产气量、产气的组成在很大程度上取决于高镍电池、锂硫电池用电极材料、电解液及其改性方法等多种因素，因此本专利技术装置可用于评估扣式、圆柱型电池的安全性，并可用于电池材料的改性工作，具有重大的现实应用意义。该装置兼容扣式电池和圆柱型电池，当放置于主体装置中的电池充放电测试时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用途电池产气原位检测分析装置，其特征在于：包括支架（1），支架（1）的顶部螺纹连接有能够上下移动的蝶形螺钉（2），蝶形螺钉（2）的底端端部紧密嵌合有耐磨绝缘球（3）；支架（1）的下部滑动卡装有下缸体（4），下缸体（4）的顶部缸口处安置有中缸圈（5）且在二者之间设置有下垫圈（6），中缸圈（5）的顶部圈口处安置有顶盖（7）且在二者之间设置有上垫圈（8），蝶形螺钉（2）通过其底部的耐磨绝缘球（3）顶置在顶盖（7）的顶部中心处；顶盖（7）的外侧壁上开设有三个连接孔（9），每个连接孔（9）的孔底都开设有与顶盖（7）内部空间相通的深孔（10），其中，一个连接孔（9）通过旋阀连接有注射器（11）、一个连接孔（9）通过螺纹转接件连接有数显压力传感器（12）、最后一个连接孔只连接有旋阀；顶盖（7）内的中心位置连接有弹簧（14）；顶盖（7）、中缸圈（5）及下缸体（4）的的外侧壁上分别设置有用于与电池测试系统（15）连接的鳄鱼夹接口（16）。

【技术特征摘要】
1.一种多用途电池产气原位检测分析装置，其特征在于：包括支架（1），支架（1）的顶部螺纹连接有能够上下移动的蝶形螺钉（2），蝶形螺钉（2）的底端端部紧密嵌合有耐磨绝缘球（3）；支架（1）的下部滑动卡装有下缸体（4），下缸体（4）的顶部缸口处安置有中缸圈（5）且在二者之间设置有下垫圈（6），中缸圈（5）的顶部圈口处安置有顶盖（7）且在二者之间设置有上垫圈（8），蝶形螺钉（2）通过其底部的耐磨绝缘球（3）顶置在顶盖（7）的顶部中心处；顶盖（7）的外侧壁上开设有三个连接孔（9），每个连接孔（9）的孔底都开设有与顶盖（7）内部空间相通的深孔（10），其中，一个连接孔（9）通过旋阀连接有注射器（11）、一个连接孔（9）通过螺纹转接件连接有数显压力传感器（12）、最后一个连接孔只连接有旋阀；顶盖（7）内的中心位置连接有弹簧（14）；顶盖（7）、中缸圈（5）及下缸体（4）的的外侧壁上分别设置有用于与电池测试系统（15）连接的鳄鱼夹接口（16）。2.一种多用途电池产气原位检测分析装置，其特征在于：包括支架（1），支架（1）的顶部螺纹连接有能够上下移动的蝶形螺钉（2），蝶形螺钉（2）的底端端部紧密嵌合有耐磨绝缘球（3）；支架（1）的下部滑动卡装有下缸体（4），下缸体（4）的顶部缸口处安置有中缸圈（5）且在二者之间设置有下垫片（6′），中缸圈（5）的顶部圈口处安置有顶盖（7）且在二者之间设置有上垫圈（8），蝶形螺钉（2）通过其底部的耐磨绝缘球（3）顶置在顶盖（7）的顶部中心处；顶盖（7）的侧壁上开设有三个连接孔（9），每个连接孔（9）的孔底都开设有与顶盖（7）内部空间相通的深孔（10），其中，一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学平，邱海发，王永龙，刘胜，李国然，叶世海，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12