测量锂离子电池机械形变应力的试验方法技术

本发明专利技术的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法包括：在夹具上贴装压力传感器；选用未注液的开口锂离子电池置于夹具两端板间，调整夹具两端板间距等于电池壳厚度设计尺寸；往电池壳内注入惰性气体模拟电池充放电，激发电池壳产生机械形变，压力传感器感应机械形变产生应变信号，通过调控注入电池壳内的气体压强获得一系列应变信号数据，从而得到压力传感器工作曲线；选用激活后的锂离子电池置于两端板间，根据实测电池壳厚度或电池装配时厚度方向的尺寸要求确定两端板间的间距；对锂离子电池进行充放电循环，同时监测压力传感器的应变信号；根据压力传感器工作曲线计算电池机械形变应力。本发明专利技术可在不影响电池工作性能的前提下持续监测机械形变应力。

Test method for measuring mechanical deformation stress of lithium ion batteries

The testing method for measuring mechanical deformation stress of lithium-ion battery includes: mounting pressure sensor on the clamp; selecting open lithium-ion battery without injection to be placed between the two end plates of the clamp, adjusting the distance between the two end plates of the clamp to be equal to the design size of the battery shell thickness; injecting inert gas into the battery shell to simulate battery charging and discharging; Activated lithium-ion batteries are placed between two end plates, according to the measured thickness of the battery shell or the measured thickness of the battery shell. The size of the thickness direction of the battery assembly requires to determine the distance between the two end plates; lithium-ion battery charging and discharging cycle, while monitoring the strain signal of the pressure sensor; according to the working curve of the pressure sensor to calculate the mechanical deformation stress of the battery. The invention can continuously monitor the mechanical deformation stress without affecting the working performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
测量锂离子电池机械形变应力的试验方法
本专利技术涉及化学电源
，具体涉及一种测量锂离子电池机械形变应力的试验方法。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、荷电保持能力优、循环寿命长、工作温度范围宽、无记忆效应等特点，自商品化以来被广泛应用于电子产品，并且在航空、航天、航海、战术武器、交通工具、医疗仪器等领域逐步代替传统电池。从外形上讲，锂离子电池有长方体形锂离子电池、圆柱体形锂离子电池及扣式锂离子电池等几种表现形式，而长方体形锂离子电池按包装形式又可以分为刚性外壳锂离子电池和软包装锂离子电池。采用刚性外壳的长方体形锂离子电池，除包含在刚性外壳内的正极片、负极片、隔膜和电解液外，还包括刚性外壳外的正负极柱和各种密封、绝缘、安全部件。采用刚性外壳的长方体形锂离子电池引流结构容易改进、承受大电流能力强、散热性能良好、电池成组方便且组合空间利用率高，能够适应大容量、大功率锂离子电池或电池组的开发。锂离子电池实际上是Li+的浓差电池。充电时，Li+自正极材料的晶格中脱出，通过电解液迁移到负极，嵌入至负极材料的层状结构(或晶格)中或者是形成合金；放电时，Li+的迁移方向相反。由于Li+在正负极材料中嵌入和脱出引起的晶胞体积膨胀不一致，所以锂离子电池的工作过程伴随着电极材料体积的变化，在宏观上表现为极片厚度的变化，电极堆内极片厚度变化累加超过电池壳内腔的设计尺寸时则会对电池壳产生机械压力。此外，锂离子电池工作时可能会发生不同程度的电解液分解现象，如电池注液后首次充电、电化学反应体系内存在杂质、密封性不佳导致水含量超标、电池超设计性能使用等，均会引起电解液的氧化还原反应使之分解产生气体，造成电池壳内气压增高而使电池壳发生机械形变。相比于圆柱体形锂离子电池，长方体形锂离子电池电池壳的耐压能力要弱很多，特别是长宽比越接近1，受力面积越大，机械形变越严重。极片厚度的变化直接作用于平行于极片的电池壳面，加之气压增长对电池壳的影响，会造成电池壳厚度方向的尺寸变化、使之发生鼓胀形变。电池壳厚度方向的尺寸变化是反映锂离子电池内部结构变化的一个重要参数，会随着电池的荷电状态、工作履历和约束状态而发生改变，同时也会对锂离子电池成组使用和寿命造成不利的影响，因此一般会在锂离子电池厚度方向施加一个限制结构用以约束其尺寸变化。基于此，测量锂离子电池机械形变应力对研究锂离子电池电极片和电极堆内部结构和应力变化、研究电池壳与电池组的结构设计和安全性设计就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，用以获得由于充放电循环引起的锂离子电池机械形变应力数据，为优化锂离子电池电极片、电极堆、电池壳及电池组结构设计提供支撑。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，包括：1)在锂离子电池夹具上贴装压力传感器；2)选用未注液的开口锂离子电池，将该锂离子电池置于夹具两端板间，调整夹具两端板间距等于电池壳厚度设计尺寸；3)往锂离子电池电池壳内注入惰性气体模拟锂离子电池充放电，激发电池壳产生机械形变，电池壳的机械形变传递至夹具导致夹具发生机械形变，贴装于夹具的压力传感器感应到夹具的机械形变产生应变信号，通过调控注入电池壳内的气体压强获得一系列应变信号数据，从而得到应变信号与气体压强的函数关系y＝ax+b，即压力传感器工作曲线，其中，y为压力传感器应变信号，x为电池壳内气体压强；4)选用激活后的锂离子电池置于夹具两端板间，根据实测锂离子电池电池壳厚度或锂离子电池装配时厚度方向的尺寸要求确定夹具两端板间的间距；5)对锂离子电池进行充放电循环，同时监测夹具上压力传感器的应变信号；6)根据压力传感器工作曲线计算锂离子电池机械形变应力。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述步骤1)中，压力传感器贴装位置对应锂离子电池机械形变明显区域。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述步骤3)中，所述惰性气体为氮气或氦气。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述步骤3)中，气体压强调控范围为0～1.2MPa；气体压强调控方法为：以0起点，后续每次注入电池壳内的惰性气体为0.2MPa，直至电池壳内气体压强为1.2MPa；电池壳内气体压强稳定1min～2min后再记录压力传感器应变信号。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述步骤3)中，y与x的正向相关系数R值不低于0.99，a和b的值能根据监测需求通过在压力传感器上并联电阻来调整。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述步骤4)中，根据实测锂离子电池电池壳厚度确定夹具两端板间的间距，夹装后，锂离子电池电池壳与夹具端板间无预紧力；根据锂离子电池装配时厚度方向的尺寸要求确定夹具两端板间的间距，夹装后，锂离子电池电池壳与夹具端板之间有预紧力。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述夹具包括定位件、填充片、壁板和端板；所述端板为两块，两块端板相互平行设置；所述壁板为两块，两块壁板相互平行设置，两块壁板的平行方向与两块端板的平行方向相互垂直，且两块壁板均置于两块端板之间，所述壁板分别通过紧固件与两块端板连接；两块端板和两块壁板构成一容腔，在该容腔的四个角上各设置一个所述定位件，所述定位件通过紧固件与其相邻的壁板连接；锂离子电池置于所述容腔内，且夹持在四个定位件间；两块端板在锂离子电池厚度方向上分别位于锂离子电池的两侧；端板内壁上设有凹槽，该凹槽用于贴装压力感应器；所述填充片在压力感应器贴装固化后贴装于所述凹槽内，用于填充压力感应器周围的空隙。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，所述压力传感器包括四片电阻应变片，工作原理为四元式惠斯登电桥；两片电阻应变片装贴于端板内壁的凹槽内，另外两片电阻应变片装贴于端板外壁上，且凹槽内两片电阻应变片的装贴位置与外壁上两片电阻应变片的装贴位置对称；四片电阻应变片栅丝长度方向均与锂离子电池机械形变方向保持一致。上述测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其中，锂离子电池为刚性外壳的长方体形锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法采用贴装于夹具上的压力传感器测量锂离子电池的机械形变应力，可在不影响锂离子电池工作性能的前提下持续监测工作寿命期间或特殊工作状态下的机械形变应力。本专利技术的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法既可用于锂离子电池单体，又可用于锂离子电池组；本专利技术的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法中设计的夹具，两端板间的间距由壁板控制，安装精度高，可间接提高试验精度。附图说明本专利技术的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法由以下的实施例及附图给出。图1是本专利技术较佳实施例中锂离子电池机械形变应力测量装置示意图。图2是本专利技术较佳实施例中夹具的主视图。图3是本专利技术较佳实施例中夹具的侧视图。图4是图2中的A-A视图。图5是本专利技术较佳实施例中压力传感器的示意图。图6是本专利技术较佳实施例中使用试验方法获得的压力传感器工作曲线示意图。图7是锂离子电池荷电态与压力传感器应变信号的对应关系示意图。图8是锂离子电池荷电态与机械形变应力的对应关系示意图。具体实施方式以下将结合图1～图8对本专利技术的测量锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，包括：1)在锂离子电池夹具上贴装压力传感器；2)选用未注液的开口锂离子电池，将该锂离子电池置于夹具两端板间，调整夹具两端板间距等于电池壳厚度设计尺寸；3)往锂离子电池电池壳内注入惰性气体模拟锂离子电池充放电，激发电池壳产生机械形变，电池壳的机械形变传递至夹具导致夹具发生机械形变，贴装于夹具的压力传感器感应到夹具的机械形变产生应变信号，通过调控注入电池壳内的气体压强获得一系列应变信号数据，从而得到应变信号与气体压强的函数关系y＝ax+b，即压力传感器工作曲线，其中，y为压力传感器应变信号，x为电池壳内气体压强；4)选用激活后的锂离子电池置于夹具两端板间，根据实测锂离子电池电池壳厚度或锂离子电池装配时厚度方向的尺寸要求确定夹具两端板间的间距；5)对锂离子电池进行充放电循环，同时监测夹具上压力传感器的应变信号；6)根据压力传感器工作曲线计算锂离子电池机械形变应力。

【技术特征摘要】
1.测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，包括：1)在锂离子电池夹具上贴装压力传感器；2)选用未注液的开口锂离子电池，将该锂离子电池置于夹具两端板间，调整夹具两端板间距等于电池壳厚度设计尺寸；3)往锂离子电池电池壳内注入惰性气体模拟锂离子电池充放电，激发电池壳产生机械形变，电池壳的机械形变传递至夹具导致夹具发生机械形变，贴装于夹具的压力传感器感应到夹具的机械形变产生应变信号，通过调控注入电池壳内的气体压强获得一系列应变信号数据，从而得到应变信号与气体压强的函数关系y＝ax+b，即压力传感器工作曲线，其中，y为压力传感器应变信号，x为电池壳内气体压强；4)选用激活后的锂离子电池置于夹具两端板间，根据实测锂离子电池电池壳厚度或锂离子电池装配时厚度方向的尺寸要求确定夹具两端板间的间距；5)对锂离子电池进行充放电循环，同时监测夹具上压力传感器的应变信号；6)根据压力传感器工作曲线计算锂离子电池机械形变应力。2.如权利要求1所述的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，所述步骤1)中，压力传感器贴装位置对应锂离子电池机械形变明显区域。3.如权利要求1所述的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述惰性气体为氮气或氦气。4.如权利要求1所述的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，所述步骤3)中，气体压强调控范围为0～1.2MPa；气体压强调控方法为：以0起点，后续每次注入电池壳内的惰性气体为0.2MPa，直至电池壳内气体压强为1.2MPa；电池壳内气体压强稳定1min～2min后再记录压力传感器应变信号。5.如权利要求1所述的测量锂离子电池机械形变应力的试验方法，其特征在于，所述步骤3)中，y与x的正向相...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟玉凤，袁怒安，闻海，伍玉琴，杨波，徐冬梅，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31