[发明专利]多用途电池产气原位检测分析装置

说明书

本发明为一种多用途电池产气原位检测分析装置，主要由支架、下缸体、中缸圈、顶盖、弹簧、绝缘内衬套、导电垫片、蝶形螺钉等组成，再连接有注射器、数显压力传感器等。该装置兼容扣式电池和圆柱型电池的检测分析，当放置于主体装置中的电池充放电测试时，主体装置中的气体压力可通过数显压力传感器实时显示，传感器示值变化对应电池产气量的变化并据此可间接评估电池材料的稳定性或安全性。电池在主体装置中经过搁置或充放电循环一段时间后，可通过在线或非在线气相进样的方式将主体装置内的气体传输到气相色谱‑质谱联用仪里进行原位分析，而产气量的多少和产气的组成成分取决于电池所用材料，据此可评估所用电池材料的稳定性或安全性。

技术领域

本发明涉及电池检测分析技术领域，尤其涉及一种多用途电池产气原位检测分析装置。

背景技术

《巴黎协定》的签署标志着世界各国在降低碳排放、全球环境治理达成了重要共识，近年来电动汽车用锂离子动力电池的大规模推广则是上述协定精神的重要体现，而具有较高能量密度的高镍动力电池成为电动汽车续航能力提升的关键。锂离子动力电池使用的高镍材料，包括LiNi_1-y-zCo_yMn_zO₂、LiNi_1-y-zCo_yAl_zO₂等材料（1-y-z＞0.5），在高、低压和/或高倍率充放电条件下易与电解液发生副反应而发生结构失稳，并可能伴随着氧气、二氧化碳、低分子量烯烃及其它气态副产物的产生。此外，由于金属锂具有极高的理论比容量（~3860 mAh/g）和低的电极电位（-3.04 V vs. SHE），已成为下一代高比能二次电池（如锂硫电池）的首选负极材料。金属锂具有强还原性，易于电解质发生副反应，生成二氧化碳、氢气、低分子量烯烃等气态副产物。电池内气体产生的会导致电池电化学性能衰减，且产生的可燃性气体增加了电池的安全隐患。

目前的电池产气分析装置主要是通过U型管结构[专利申请号201210310265.2]、单纯的压力传感器[专利申请号201610728196.5]或阿基米德排液体法[专利申请号201810081338.2]，来监测电池在循环过程中产气量的变化。这些装置只是在有限的范围内通过监测气体的压力来评估电池反应中产生气体的量，间接地评估电池体系的安全性或稳定性，而无法做到对电池产气情况的实时直接检测以及后续的气体成份等精准分析。

此外，专利申请号为201420366797.2的实用新型专利也公开了一种锂离子电池产气测试装置，但该装置使用的电解池与真实的单体电池外壳差距大，不能模拟真实的单体电池工作环境，检测的结果可靠性不高。专利申请号为201220236884.7的实用新型专利也公开了一种锂离子电池内部产气检测装置，但该装置未说明电池夹具的结构，因为电池夹具的构造是圆柱电池产气检测准确性的决定因素。

人们往往难以在充放电测试时原位收集、检测、分析电池产气过程及相应气体产物，从而使针对高镍动力锂离子电池和金属二次电池产气问题而进行的电极材料、电解液开发及改性工作变得困难。因此，开发原位收集、传输电池产气并分析产气情况的装置，对电池安全性评估、电池改性工作显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是针对目前电池产气收集、传输和分析装置的不足，提出一种能够对电池在静置、充放电过程中电池的产气情况进行检测分析的装置，具体是一种多用途电池产气原位检测分析装置。本发明装置兼容圆柱型电池和扣式电池，结构精巧，有望为高镍动力电池、锂硫电池等锂离子电池和其它金属二次或原电池的安全性评估和电池材料的改性工作提供强有力工具。

针对圆柱型电池，本发明是通过如下技术方案实现的：