[發明專利]一種用于監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化的裝置

在審

• 申請號: 201710645652.4
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107342443A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 王青松;黃沛豐;彭文;毛斌斌;陳昊東;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M10/48
• 分類號: H01M10/48;H01M2/36
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及高安全性鋰離子電池研發的技術領域，具體涉及一種用于監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化的裝置。

背景技術

隨著人們生活要求的日益提高，鋰離子電池在大規模應用上需要更快的充放電倍率和更大的容量。而這些因素的增加會極大的影響電池本身的安全性。例如電池在充放電循環過程中會產生大量的熱量，加之空間受限和時間積累的效應，易引發單體電池的溫度升高，當超過電池正常工作溫度范圍后，單體電池內部材料會發生分解，提高電池內部的壓力。如果溫度不能及時控制，會引發電池的熱失控。而這類安全風險對于裝載大量鋰離子電池單元的電動汽車、儲能電站等是不能容許的。

目前各國的科學家都在研究如何提高電池的安全性。本發明可以從溫度和壓力兩個方面解決科學家關切的鋰離子電池安全性能的技術問題，得到包括充放電、高溫、過充過放以及針刺擠壓等實驗工況下的電池內部溫度與壓力變化。

發明內容

本發明的目的是為研發安全性能鋰離子電池，監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化。具體通過熱電偶和壓力傳感器實時傳輸相應電池材料在充放電過程、過充過放、高溫熱箱等工況條件下電池內部的溫度和壓力信號。從而優化電池設計方案。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種用于監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化的裝置，包括螺母、電池殼蓋板、熱電偶固定結構件、緊固螺母蓋、熱電偶、中空銅球、壓力傳感器固定結構件、螺紋塞、電極材料、螺母和壓力傳感器，在電池殼蓋板與電極材料焊接之前，螺母、電池殼蓋板、熱電偶固定結構件、緊固螺母蓋和熱電偶要通過結構件上的螺紋提前固定，嵌于緊固螺母蓋與熱電偶固定結構件之間的中空銅球需要被扭轉變形，以起到密封熱電偶與熱電偶固定結構件和緊固螺母蓋之間縫隙的作用，熱電偶固定結構件與緊固螺母蓋在與銅球接觸設計均采用凹面設計，螺母和壓力傳感器固定結構件需與電池殼蓋板提前通過壓力傳感器固定結構件上螺紋固定，并在電池做注液、化成分容時，用螺紋塞將壓力傳感器口封堵。

進一步地，電池化成分容之后，在測量電池內部壓力時，需在水、氧含量較低的環境中將螺紋塞取出并將壓力傳感器旋入壓力傳感器固定結構件中，壓力傳感器需要能耐400℃左右高溫環境中使用。

進一步地，為能測量到電池失控時內部溫度，熱電偶需采用1mm直徑鎧裝的K型、S 型、R型或者B型熱電偶，若只測量一般充放電循環等條件，可以換做一般化的熱電偶甚至溫度傳感器，熱電偶需在電池殼蓋板與裝有電極材料的電池殼焊接之前植入電極材料中的隔膜之間，防止發生內短路。

進一步地，該裝置除了能測量電池熱失控時的內部溫度和壓力，還可以測量其他如充放電循環等正常工作狀態下的溫度和壓力，但相應的熱電偶和壓力傳感器可以根據需要而采用對應的型號。

進一步地，熱電偶和壓力傳感器需通過數據采集與分析系統，處理分析采集的數據，最終得到所需要的實驗數據。

本發明的圓柱型鋰離子電池內部壓力檢測設備與現有技術相比具有如下優異效果。

(1)現有技術目前只有國外部分研究機構開展了這方面的裝置，且只針對于小型電池的內部溫度的測量，并沒有探測壓力。本發明同時加載了溫度傳感器和壓力傳感器，能同時測量電池內部的溫度和壓力，并且本裝置結構簡單，可操作性強，能以生產線作業的方式加工該類特殊電池，批量制作所需要的實驗電池，大大提高了實驗速率，有助于電池安全性能研究工作的開展。

(2)該測試設計主要針對于動力、儲能等大型鋰離子電池。熱電偶與高溫環境壓力傳感器主要用于探測電池內部的溫度和壓力變化，有助于在鋰離子電池安全設計過程中，監測電池內部的溫度和壓力變化。由于電池在制造過程中需要注液、化成，在熱電偶與壓力傳感器與電池蓋之間分別增加結構件，其中壓力結構件上方有螺旋塞作為注液堵塞臨時裝置，防止制造過程中電解液漏出。本發明為電池廠商在安全設計電池提供了關鍵數據測試方案，有助于電池安全研究。

附圖說明

圖1為本發明監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化的裝置示意圖，其中：1為螺母，2為電池殼蓋板，3為熱電偶固定結構件，4為緊固螺母蓋，5為熱電偶，6為中空銅球，7為壓力傳感器固定結構件，8為螺紋塞，9為電極材料，10為螺母，11為壓力傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。

圖1為本發明監測大型鋰離子電池熱失控發生發展過程中內部溫度與壓力變化的裝置示意圖。