基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置及测试方法制造方法及图纸

本申请公开了一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置及测试方法

【技术实现步骤摘要】
基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置及测试方法


[0001]本申请涉及拉曼光谱气体分析
，尤其是涉及一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置及测试方法
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池作为能源清洁化的重要组成部分以其能量密度高
、
循环性能好
、
环境污染低等特点在储能领域
、
便携式电子产品以及大型动力电源领域中的占比逐年提高，全球对于锂离子电池的需求量逐年上升
。
[0003]锂离子电池在进行充放电过程中，电池内部物质的微结构会发生变化，例如电池内部的极片
、
电解液等物质的材料成分
、
形态等会发生变化，电池内部物质的微结构发生的变化能够体现出电池的充放电能力，当上述变化出现异常时，也能够体现出电池内部的极片
、
电解液等物质发生了异常
、
失效，如三星电子的专利
US9716295B2
公开了一种应用于实时分析原位纽扣电池的拉曼光学测量系统，通过测量从电极发出的散射光来分析纽扣电池充电和放电的电极状态变化
。
韩国基础科学支援研究所的专利
US20210310975A1
公开了一种用于原位光学和电化学分析的电池单元测量模块，将拉曼光照射到电池堆上，通过监测正负极活性材料变化来表征电池的充放电情况
。
同时
,
锂电池在循环充放电过程中会产生大量气体，气体产生会引起极片膨胀以及增加电池内阻，从而对电池的循环性能及容量产生非常大的影响，气体产生的量越多，电池的循环性能就越差，容量快速衰减，通过检测特征气体浓度，可帮助电池厂商改进电池配方和制造工艺，这也是近几年研究的重点
。
[0004]目前常用的分析方法是用针孔注射器从电池里面抽取一部分气体，然后送入到气相色谱仪进行分析检测，如专利
CN205985250U
公开了一种方型铝壳锂电池内部产气在线成分分析装置，通过取气针及时准确收集铝壳锂离子电池在各种充放电过程中产生的气体，并通过气体收集腔将微量气体富集，通过多通阀连接气相色谱仪，可对多个电池进行连续式产气分析，但这种分析方法存在的问题是：（1）气相色谱分析时间长，通常要十几分种才能完成样品检测；（2）从电池里面抽取气体，会改变电池的工作环境，影响电池寿命
。
同时，由于需要抽取电池内部的气体进行检测，此时，则无法较为精确地判断电池在充放电过程中的产气量，进而无法准确监测到电池充放电过程中的参数，从而保障电池的性能和稳定性
。
[0005]相比气象色谱，拉曼光谱技术可在秒级时间内分析锂离子电池的释放气体（
CO2、CO、H2、CH4、C2H4
）和空气成分（
N2、O2
）的动态变化信息，但要实现对电池的原位检测需要将拉曼探头置于电池体内，但由于电池本身体积小，对探头大小有限制，探头太小探测光信号也弱，而且拉曼探头在电池体内容易被电解液腐蚀
。

技术实现思路

[0006]为了在保障电池正常运行的同时提高电池充放电气体的检测效率和检测精度，本申请提供一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置及测试方法
。
[0007]本申请提供的一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置采用如下的技术方案：第一方面一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，包括：拉曼探头，所述拉曼探头通过转接头与电池直接连接，所述拉曼探头的检测端连接于所述转接头的一端内，所述电池上安装有电池接头，所述转接头的另一端用于与电池接头连接，用于收集并检测电池产生的气体；拉曼光谱分析仪，与所述拉曼探头连接，用于测试电池充放电各阶段产气的组分浓度；充放电设备，用于与电池正负极连接，给电池充电或放电；工况机，与所述充放电设备连接，用于控制充放电程序；产气量在线检测系统，包括产气量输出管道和产气量测试单元，所述产气量输出管道一端与所述拉曼探头的进气端连接，所述产气量输出管道的出气端与所述产气量测试单元连接
。
[0008]通过采用上述技术方案，工况机控制充放电设备给电池充电或放电，电池充放电过程中产生的气体扩散到拉曼探头内腔，拉曼探头将气体信号转为为光信号，传递给拉曼光谱分析仪，拉曼光谱分析仪通过光谱解析各气体组分浓度
。
产气量在线检测系统一方面能够实现电池循环充放电各阶段产气的组分浓度的在线检测，另一方面也能够检测电池充放电各阶段产气量，产气量越多电池质量越差
。
因此，通过电池产气组分浓度和产气量，有助于改善电池工艺和评估电池质量
。
本申请一方面在原位直接对电池内部气体进行拉曼光谱在线检测，和传统的气相色谱仪相比，在线检测响应速度快，色谱通常要十几分钟，而拉曼秒级响应；另一方面，采用拉曼探头直接与电池连接，不需要复杂的集气装置或过滤气路，气体能够在电池原位检测，避免直接对电池内部气体进行抽取，降低对电池工作环境的影响，延长电池使用寿命
。
[0009]可选的，还包括吹扫系统，所述吹扫系统包括吹扫管路和吹扫气瓶，所述吹扫管路一端与所述拉曼探头的进气端连接，另一端与所述吹扫气瓶连接，所述吹扫管路上设置有第一启闭阀，所述产气量输出管道和产气量测试单元之间设置有第二启闭阀
。
[0010]通过采用上述技术方案，在检测之前，将第二启闭阀切换到吹扫通路，开启第一启闭阀，通过吹扫气瓶往吹扫管路内通入吹扫气，对拉曼探头检测端进行吹扫，吹扫能够去除附着在探头表面或孔道中的灰尘
、
油脂
、
污垢等杂质，提高检测结果的准确性和延长探头使用寿命
。
[0011]可选的，所述拉曼探头通过转接头与电池可拆卸连接
。
[0012]通过采用上述技术方案，电池内部的气体能够通过转接头进入拉曼探头内，确保电池气体不外泄，同时，能够实现拉曼探头与电池的快速拆装
。
[0013]可选的，所述转接头包括转接套筒，所述拉曼探头的检测端螺纹连接于所述转接套筒的一端内，电池上安装有电池接头，所述转接套筒的另一端用于与电池接头螺纹连接
。
[0014]通过采用上述技术方案，电池内气体通过电池接头进入转接套筒内，并由转接套筒进入拉曼探头内，螺纹连接的方式既方便拆装，也能够保障密封性，减少气体外泄
。
[0015]可选的，所述拉曼探头检测端的进气口沿径向朝向转接套筒侧壁，所述拉曼探头
沿轴线朝向电池接头的一端设有封堵端，所述拉曼探头检测端的进气口外周套设有过滤器，所述过滤器与转接套筒的内壁之间设置有气体通道
。
[0016]通过采用上述技术方案，电池内部溢出的气体不直接流向拉曼探头检测端的进气口，而是先由封堵端进行阻挡，封堵端一方面能够减缓气体流速，使气体能更均匀进入拉曼探头内部，提高检测结果；另一方面气体中携带的电解液气雾也能够被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于，包括：拉曼探头
(200)
，所述拉曼探头
(200)
通过转接头与电池
(100)
直接连接，所述拉曼探头
(200)
的检测端连接于所述转接头的一端内，所述电池
(100)
上安装有电池接头
(110)
，所述转接头的另一端用于与电池接头
(110)
连接，用于收集并检测电池
(100)
产生的气体；拉曼光谱分析仪
(300)
，与所述拉曼探头
(200)
连接，用于测试电池
(100)
充放电各阶段产气的组分浓度；充放电设备
(400)
，用于与电池
(100)
正负极连接，给电池
(100)
充电或放电；工况机
(500)
，与所述充放电设备
(400)
连接，用于控制充放电程序；产气量在线检测系统
(600)
，包括产气量输出管道
(610)
和产气量测试单元
(620)
，所述产气量输出管道
(610)
一端与所述拉曼探头
(200)
的进气端连接，所述产气量输出管道
(610)
的出气端与所述产气量测试单元
(620)
连接
。2.
根据权利要求1所述的基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于：还包括吹扫系统
(700)
，所述吹扫系统
(700)
包括吹扫管路
(710)
和吹扫气瓶
(720)
，所述吹扫管路
(710)
一端与所述拉曼探头
(200)
的进气端连接，另一端与所述吹扫气瓶
(720)
连接，所述吹扫管路
(710)
上设置有第一启闭阀
(730)
，所述产气量输出管道
(610)
和产气量测试单元
(620)
之间设置有第二启闭阀
(630)。3.
根据权利要求1所述的基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于：所述拉曼探头
(200)
通过转接头与电池
(100)
可拆卸连接
。4.
根据权利要求3所述的基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于：所述转接头包括转接套筒
(800)
，所述拉曼探头
(200)
的检测端螺纹连接于所述转接套筒
(800)
的一端内，电池
(100)
上安装有电池接头
(110)
，所述转接套筒
(800)
的另一端用于与电池接头
(110)
螺纹连接
。5.
根据权利要求4所述的基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于：所述拉曼探头
(200)
检测端的进气口沿径向朝向转接套筒
(800)
侧壁，所述拉曼探头
(200)
沿轴线朝向电池接头
(110)
的一端设有封堵端
(216)
，所述拉曼探头
(200)
检测端的进气口外周套设有过滤器
(217)
，所述过滤器
(217)
与转接套筒
(800)
的内壁之间设置有气体通道
(218)。6.
根据权利要求5所述的基于拉曼探头的电池充放电产气原位测试装置，其特征在于：原位测试装置还包括吹扫系统
(700)
，所述吹扫系统
(700)
包括吹扫管路
(710)
和吹扫气瓶
(720)
，所述吹扫管路
(710)
一端与所述转接头连接，另一端与所述吹扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友辉，王文，袁佳佳，朱万富，
申请(专利权)人：四方光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：