[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于X射線CT系統(tǒng)的鋰電池原位力熱耦合加載裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110079373.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112881194A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳浩森;宋維力;王潘丁;方岱寧;溫家偉;楊樂(lè)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/18
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/18;G01N3/02;G01N23/046
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明涉及一種高低溫及壓力加載裝置，特別涉及一種用于X射線CT系統(tǒng)的鋰電池原位力熱耦合加載裝置，屬于X射線CT原位成像領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括：支撐架、力學(xué)加載軸、測(cè)試箱體組成。所述測(cè)試箱體由所述支撐架支撐于原有原位試驗(yàn)機(jī)中；所述測(cè)試箱體通過(guò)硅膠軟管連接能量箱體，能量箱體由制冷壓縮機(jī)和制熱電機(jī)組成，溫度控制采用PID自動(dòng)演算制提供制冷和制熱效果。能量箱體測(cè)試箱體與能量箱體分離可盡可能減小測(cè)試箱體尺寸，提高CT輻射的測(cè)試精度。本發(fā)明的裝置可實(shí)現(xiàn)?40℃?60℃的環(huán)境溫度下對(duì)鋰電池進(jìn)行200N的力學(xué)加載，并在力學(xué)和熱學(xué)加載過(guò)程中實(shí)現(xiàn)原位CT檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高低溫及壓力加載裝置，特別涉及一種用于X射線CT系統(tǒng)的鋰電池原位力熱耦合加載裝置，屬于X射線CT原位成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池在極端環(huán)境中的性能表現(xiàn)提出了越來(lái)越高的要求。由于鋰電池在充放電循環(huán)中內(nèi)部極片會(huì)發(fā)生明顯的膨脹與收縮，進(jìn)而導(dǎo)致相鄰電池間的互相擠壓與變形。此外，鋰電池的使用環(huán)境要求它在較寬的溫度范圍內(nèi)有良好的性能表現(xiàn)，而極端的高低溫環(huán)境都會(huì)導(dǎo)致鋰電池性能的下降以及電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。因此，研究鋰電池在高低溫以及壓力耦合條件下的劣化與電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形之間的關(guān)系變得十分重要，也有助于鋰電池服役過(guò)程可靠性和耐久性的研究。

X射線CT是研究鋰電池內(nèi)部變形的有力工具，當(dāng)前X射線原位CT系統(tǒng)多為原位力學(xué)加載或原位溫度加載，而單獨(dú)的壓力或溫度載荷無(wú)法還原鋰電池所處的真實(shí)服役環(huán)境，也就無(wú)法表征鋰電池在力熱耦合條件下的內(nèi)部變形情況。X射線CT系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象的尺寸有一定的要求，過(guò)大的原位加載裝置會(huì)顯著降低成像的質(zhì)量，而受限的空間尺寸又會(huì)對(duì)原位溫度加載裝置的保溫能力和溫度加載精度造成影響，因此，現(xiàn)有X射線CT原位檢測(cè)裝置很難同時(shí)滿足力熱耦合加載和較高的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決鋰離子電池在全溫區(qū)力熱加載條件下內(nèi)部形貌的表征問(wèn)題，提供一種用于X射線CT系統(tǒng)的鋰電池原位力熱耦合加載裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)-40℃-60℃的環(huán)境溫度下對(duì)鋰電池進(jìn)行200N的力學(xué)加載，并在力學(xué)和熱學(xué)加載過(guò)程中實(shí)現(xiàn)原位CT檢測(cè)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種用于X射線CT系統(tǒng)的鋰電池原位力熱耦合加載裝置，包括：支撐架、力學(xué)加載軸、測(cè)試箱體組成。所述測(cè)試箱體由所述支撐架支撐于原有原位試驗(yàn)機(jī)中；所述測(cè)試箱體通過(guò)硅膠軟管連接能量箱體，能量箱體由制冷壓縮機(jī)和制熱電機(jī)組成，溫度控制采用PID自動(dòng)演算制提供制冷和制熱效果。能量箱體測(cè)試箱體與能量箱體分離可盡可能減小測(cè)試箱體尺寸，提高CT輻射的測(cè)試精度。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試箱體為圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，由柱狀外殼、內(nèi)芯、保溫層、熱交換器、內(nèi)部空腔組成。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試箱體外殼材料為不銹鋼，內(nèi)芯為銅。

進(jìn)一步的，所述保溫層材料為聚氨酯。

進(jìn)一步的，所述換熱器為螺旋纏繞管式換熱器，纏繞在內(nèi)腔四周。

進(jìn)一步的，所述不銹鋼外殼在側(cè)面設(shè)置兩個(gè)窗口，用于X射線穿透內(nèi)腔鋰離子電池樣品，避免箱體外殼對(duì)檢測(cè)精度的影響。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試箱體外殼的窗口添加耐熱玻璃、陶瓷纖維板或云母板，這些材料在具備一定保溫特性的同時(shí)具有很低的X射線吸收能力，確保樣品的CT檢測(cè)不被測(cè)試箱體的外殼所影響。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試箱體在上下兩面設(shè)置開(kāi)孔，用于所述原位試驗(yàn)機(jī)的加載軸伸入內(nèi)腔對(duì)樣品進(jìn)行夾持、旋轉(zhuǎn)和加載。這種加載方式可實(shí)現(xiàn)只針對(duì)測(cè)試樣品的夾持旋轉(zhuǎn)，避免了在測(cè)試過(guò)程對(duì)整個(gè)測(cè)試箱體的旋轉(zhuǎn)，避免了測(cè)試箱體對(duì)CT檢測(cè)精度的影響。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試箱體上下面的開(kāi)孔與所述加載軸間保留間隙，用于所測(cè)試鋰電池正負(fù)極接線的傳出，此接線可連接電化學(xué)工作站對(duì)所測(cè)試鋰電池進(jìn)行原位充放電。