[發明專利]一種用于鋰離子電池熱失控危險性研究的耐壓試驗裝置

在審

• 申請號: 201910760358.7
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN110600817A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 王青松;趙春朋;段強領;李煌;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;G01N25/20;G01N3/08
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 鄧治平;賈玉忠

1.一種鋰離子電池熱失控危險性研究的耐壓試驗裝置，其特征在于：整個試驗裝置包括熱失控反應腔體、溫度測試系統、壓力測試系統和氣體收集裝置，熱失控反應腔體由熱失控反應腔體主體(1)、反應腔體前法蘭端蓋(2)和反應腔體后法蘭端蓋(3)組成，熱失控反應腔體主體(1)為圓柱型，反應腔體前法蘭端蓋(2)、反應腔體后法蘭端蓋(3)分別開有6個固定螺栓開口(11)，反應腔體前法蘭端蓋(2)、反應腔體后法蘭端蓋(3)分別通過6個螺栓穿過固定螺栓開口與熱失控反應腔體主體(1)連接，反應腔體前法蘭端蓋(2)、反應腔體后法蘭端蓋(3)上都開有O型圈固定槽(5)用于布置O型密封圈，反應腔體前法蘭端蓋(2)上布置有6個熱電偶接口(10)和2對電極柱(4)，一對電極柱用于測量樣品電池電壓，同時可以用于過充實驗時對樣品電池進行充放電循環，另一對電極柱用于給加熱器供電，加熱器可以對樣品電池進行加熱；反應腔體后法蘭端蓋(3)上布置有4個熱電偶接口(10)，1個氣體傳輸接口(6)，1個機械壓力表接口(7)，1個壓力傳感器接口(9)和1個備用多功能接口(8)；通過氣體傳輸接口(6)，熱失控反應腔體與氣體接收裝置連接；由熱失控反應腔體至氣體收集裝置，順著氣流方向分別為第三閥門(16)、單向閥(17)、第二閥門(15)、機械壓力表(14)、耐壓集氣鋼瓶(12)和第一閥門(13)。

2.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池熱失控危險性研究的耐壓試驗裝置，其特征在于：實驗前，第一閥門和第二閥門關閉，第三閥門打開，將耐壓集氣鋼瓶內抽至真空后，關閉第三閥門；實驗結束后，待反應腔體內部溫度降低到60℃以下時，打開第一閥門和第二閥門，反應腔體內部的氣體會在壓力差的作用下傳輸到耐壓集氣鋼瓶中，耐壓集氣鋼瓶中的氣體可以用氣體采樣袋收集并用于檢測，采集氣體后或者不需要檢測電池發生熱失控后釋放的氣體成分時，打開氣體采集裝置所有閥門，裝置內的氣體會被緩慢釋放，待反應腔體上壓力表示數降至零后，可以打開腔體，進行清理并進行下一次實驗，溫度和壓力數據由數據采集儀記錄，樣品電池的電流和電壓等數據由充放電循環儀記錄。

3.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池熱失控危險性研究的耐壓試驗裝置，其特征在于：熱失控反應腔體主體(1)、反應腔體前法蘭端蓋(2)和反應腔體后法蘭端蓋(3)均由不銹鋼制成，熱失控反應腔體主體(1)、反應腔體前法蘭端蓋(2)和反應腔體后法蘭端蓋(3)通過螺栓連接固定并以氟橡膠O型圈密封，熱電偶、電極柱與法蘭端蓋直接通過硅膠管擠壓密封，多次實驗后可視情況更換；熱失控反應腔體與壓力傳感器、氣體收集裝置通過不銹鋼管連接；氣體收集裝置末端閥門可以與真空泵連接，同時也可以用于收集氣體用于檢測；壓力傳感器用于測量電池熱失控全過程中反應腔體內部的壓力變化，熱電偶用于測量電池表面溫度、加熱器表面溫度和反應腔體內氣體溫度，可以根據實驗工況設置熱電偶測點位置；試驗裝置內部氣體氛圍可以為空氣氛圍或者為惰性氣體氛圍。

4.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池熱失控危險性研究的耐壓試驗裝置，其特征在于，該試驗裝置的工作過程如下：

(1)安裝并調試試驗裝置，檢查裝置氣密性，確保壓力傳感器、壓力表、熱電偶、數據采集儀、充放電循環儀處于良好狀態；

(2)根據熱失控誘導方式將樣品電池布置在反應腔體中，過充實驗時，通過端蓋上電極柱將樣品電池正負極與充放電循環儀連接，并根據要求在電池表面布置熱電偶，之后將接有電池的端蓋安裝在反應腔體上并固定；加熱實驗時，同樣通過電極柱連接電池與充放電循環儀，加熱器根據樣品電池型號選擇同尺寸的大功率圓柱型加熱管或者薄片加熱器，與過充實驗相比，需在加熱器與電池之間多布置一根熱電偶用以監測加熱片表面溫度；之后將接有電池和加熱器的端蓋安裝在反應腔體上并固定；使用耐高溫膠帶固定熱電偶，其余熱電偶用以監測反應腔體內部不同位置的氣體溫度；

(3)將耐壓集氣鋼瓶抽至真空，在進行惰性氣體氛圍實驗時，還需要排出空氣，使裝置所有腔體、管路內均為惰性氣體環境；

(4)同時啟動充放電循環儀、加熱器、數據采集儀，開始實驗；過充實驗時，第一次實驗仍建議布置加熱器，防止樣品電池不能因過充而發生熱失控時處于危險狀態難以處理，此時，在實驗初始階段不需要啟動加熱器，若過充實驗結束后電池不能發生熱失控，可以啟動加熱器，誘導電池發生熱失控；或者先在敞開空間中進行過充預實驗，確定樣品電池的過充危險性；

(5)在一次電池熱失控實驗完成后，存儲數據采集儀記錄的溫度、壓力數據和充放電循環儀記錄的數據，收集氣體和固體產物，清理裝置，然后進入下一次實驗。