一种用于锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置，整个试验装置包括热失控反应腔体、温度测试系统、压力测试系统和气体收集装置。热失控反应腔体为一圆柱形耐压容器，一侧端盖上布置有电极和热电偶接口；另一侧端盖上布置有热电偶接口、亟需压力表接口、气体收集接口、压力传感器接口与备用多功能接口。该装置可以用于：(1)设定电池热失控条件，采用外部加热或者过充方式诱导样品电池发生热失控；(2)收集电池发生热失控后释放的气体以及固体产物，进行分析；(3)通过分析电池热失控全过程中的特征参数，研究电池的热失控危险性；(4)反应腔体内气体氛围可以为空气或者惰性气体。

A voltage withstand test device for the study of the risk of thermal runaway of lithium-ion batteries

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置
本技术属于锂离子电池安全的
，具体涉及一种用于锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置。
技术介绍
近年来，随着化石能源的不断消耗与温室效应等环境问题的日益严峻，在能源危机与环境污染的双重压力下，我国大力发展新能源电动汽车与电化学储能电站。新能源汽车的主要动力来源和电化学储能电站的主要储能介质都是锂离子电池。锂离子电池发展至今，其技术已经相对成熟，具有能密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势；然而，锂离子电池在单位成本、安全性能等方面仍存在许多亟需解决的问题，其中安全问题尤为严峻。受限于锂离子电池的特殊性质，当锂离子电池处于滥用条件下时，其内部会发生一系列连锁反应，导致电池内部温度快速上升并产生大量气体，这可能会造成锂离子电池的热失控，进而发展成严重的火灾甚至爆炸事故。为了更好地防控锂离子电池的热失控及其火灾，需要对锂离子电池的热失控机制、灾害特性及其预防方法进行研究。根据国内外学者的研究以及近年来发生的锂离子电池火灾事故分析，造成锂离子电池发生热失控的滥用条件中，热滥用与电滥用较为常见；此外，可以用来判定锂离子电池热失控危险性的主要特征参数基本为电池表面温度、环境温度、电压变化、气体成分变化和气压变化等。开展锂离子电池的热失控危险性研究，不仅可以揭示不同材料体系、不同型号的锂离子电池的热失控机理，而且还可以为锂离子电池热失控预警、抑制锂离子电池热失控的发生与传播、优化电池模组设计，实现锂离子电池的安全利用等提供可靠的实验依据和技术指导。本技术的目的在于提供一种能够开展锂离子电池热失控危险性研究的试验台。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够开展锂离子电池热失控危险性研究的试验台。该装置可以用于：(1)设定电池热失控条件，采用外部加热或者过充方式诱导样品电池发生热失控；(2)收集电池发生热失控后释放的气体以及固体产物，进行分析；(3)通过分析电池热失控全过程中的特征参数，研究电池的热失控危险性；(4)反应腔体内气体氛围可以为空气或者惰性气体。本技术采用的技术方案为：一种锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置，整个试验装置包括热失控反应腔体、温度测试系统、压力测试系统和气体收集装置，热失控反应腔体由热失控反应腔体主体1、反应腔体前法兰端盖2和反应腔体后法兰端盖3组成，热失控反应腔体主体1为圆柱型，反应腔体前法兰端盖2、反应腔体后法兰端盖3分别开有6个固定螺栓开口11，反应腔体前法兰端盖2、反应腔体后法兰端盖3分别通过6个螺栓穿过固定螺栓开口与热失控反应腔体主体1连接，反应腔体前法兰端盖2、反应腔体后法兰端盖3上都开有O型圈固定槽5用于布置O型密封圈，反应腔体前法兰端盖2上布置有6个热电偶接口10和两对电极柱4，一对电极柱用于测量样品电池电压，同时可以用于过充实验时对样品电池进行充放电循环，另一对电极柱用于给加热器供电，加热器可以对样品电池进行加热；反应腔体后法兰端盖3上布置有4个热电偶接口10，1个气体传输接口6，1个机械压力表接口7，1个压力传感器接口9和1个备用多功能接口8；通过气体传输接口6，热失控反应腔体与气体接收装置连接；由热失控反应腔体至气体收集装置，顺着气流方向分别为第三阀门16、单向阀17、第二阀门15、机械压力表14、耐压集气钢瓶12和第一阀门13。本技术与现有技术相比的优点在于：(1)本技术提供了一种可以进行锂离子电池热失控危险性研究的装置，并能对热失控过程中的重要特征参数进行实时记录，同时可以收集热失控产物进行检测，且能人为控制试验环境和试验条件。(2)本技术可以对不同材料体系和规格的锂离子电池进行热失控危险性测试。(3)本技术可以对锂离子电池进行加热和过充测试。(4)本技术可以提供空气和惰性气体氛围两种试验条件。(5)本技术可以研究锂离子发生热失控全过程中的气压、温度、电压等数据的变化情况，判断锂离子电池的热失控危险性。附图说明图1为锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置的热失控反应腔体示意图，其中，图1(a)为热失控反应腔体主体示意图，图1(b)为反应腔体前法兰端盖示意图，1为热失控反应腔体主体，2为反应腔体前法兰端盖，3为反应腔体后法兰端盖，4为电极柱，5为O型圈固定槽，6为气体传输接口，7为机械压力表接口，8为备用多功能接口，9为压力传感器接口，10为热电偶接口，11为固定螺栓开口。图2为锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置的气体收集系统示意图，其中，12为耐压集气钢瓶，13为第一阀门，14为机械压力表，15为第二阀门，16为第三阀门，17为单向阀。图3为圆柱形锂离子电池外部加热实验的布置图，其中，18为圆柱形加热管，19为样品电池，20为K形热电偶测点位置。图4为圆柱形锂离子电池热失控实验的温度、压力和电压随时间变化关系图。图5为图4的局部放大图。具体实施方式以下结合附图说明本技术的实施方式。如图1-2所示，本技术为锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置，包括热失控反应腔体、温度测试系统、压力测试系统和气体收集装置。热失控反应腔体由热失控反应腔体主体1、反应腔体前法兰端盖2和反应腔体后法兰端盖3组成，材料均为TP304不锈钢。热失控反应腔体主体1为一水平放置管道，其长为300mm，横截面为圆形，内部直径160mm，管道厚度为10mm。反应腔体前法兰端盖2和反应腔体后法兰端盖3均为20mm厚，直径200mm的圆形，热失控反应腔体主体1与反应腔体前法兰端盖2、反应腔体后法兰端盖3通过6颗M10螺栓分别通过固定螺栓开口11固定连接，并均设置有O型圈固定槽5用于布置O型圈以确保密封。反应腔体前法兰端盖2上布置有6个热电偶接口10和2对电极柱4，电极柱4为紫铜电极柱，电极直径分别为2mm和4mm，其中，2mm电极用于给加热器供电，4mm电极用于监测电池电压并可以对电池进行充放电。过充实验时仍建议连接加热器，防止电池不能因过充而发生热失控而处于危险状态时难以处置。反应腔体后法兰端盖3上布置有4个热电偶接口10、1个机械压力表接口7、1个气体传输接口6、1个压力传感器接口9和1个备用多功能接口8，机械压力表为抗振动压力表，气体传输接口6通过外径3.175mm不锈钢管与气体收集系统连接，压力传感器接口9通过外径1/16in不锈钢管与压力传感器连接，备用多功能接口8平时用堵头密封。气体收集装置由耐压集气钢瓶12，第一阀门13，机械压力表14，第二阀门15，第三阀门16和1个单向阀17组成。耐压集气钢瓶12为1个容积1000ml，耐压6895kPa的集气钢瓶，机械压力表14为抗振动机械压力表，其中耐压集气钢瓶12和机械压力表14为TP304不锈钢材质，3个阀门为TP316不锈钢材质。第一阀门13可以用于释放、收集装置内气体并可以与真空泵连接，第三阀门16通过不锈钢管与热失控反应腔体连接。本装置中温度的测量采用直径1mm的K型热电偶，可根据实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置，其特征在于：整个试验装置包括热失控反应腔体、温度测试系统、压力测试系统和气体收集装置，热失控反应腔体由热失控反应腔体主体(1)、反应腔体前法兰端盖(2)和反应腔体后法兰端盖(3)组成，热失控反应腔体主体(1)为圆柱型，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)分别开有6个固定螺栓开口(11)，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)分别通过6个螺栓穿过固定螺栓开口与热失控反应腔体主体(1)连接，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)上都开有O型圈固定槽(5)用于布置O型密封圈，反应腔体前法兰端盖(2)上布置有6个热电偶接口(10)和2对电极柱(4)，一对电极柱用于测量样品电池电压，同时可以用于过充实验时对样品电池进行充放电循环，另一对电极柱用于给加热器供电，加热器可以对样品电池进行加热；反应腔体后法兰端盖(3)上布置有4个热电偶接口(10)，1个气体传输接口(6)，1个机械压力表接口(7)，1个压力传感器接口(9)和1个备用多功能接口(8)；通过气体传输接口(6)，热失控反应腔体与气体接收装置连接；由热失控反应腔体至气体收集装置，顺着气流方向分别为第三阀门(16)、单向阀(17)、第二阀门(15)、机械压力表(14)、耐压集气钢瓶(12)和第一阀门(13)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置，其特征在于：整个试验装置包括热失控反应腔体、温度测试系统、压力测试系统和气体收集装置，热失控反应腔体由热失控反应腔体主体(1)、反应腔体前法兰端盖(2)和反应腔体后法兰端盖(3)组成，热失控反应腔体主体(1)为圆柱型，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)分别开有6个固定螺栓开口(11)，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)分别通过6个螺栓穿过固定螺栓开口与热失控反应腔体主体(1)连接，反应腔体前法兰端盖(2)、反应腔体后法兰端盖(3)上都开有O型圈固定槽(5)用于布置O型密封圈，反应腔体前法兰...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，赵春朋，段强领，李煌，孙金华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34