锂离子软包电池芯包测试用多功能装置的制作方法

1.本实用新型属于锂离子单体电池测试技术领域，涉及锂离子单体电池测试用多功能装置。


背景技术：

2.从手机、电脑等使用的小电池到目前火热发展的锂离子动力电池、储能电池，锂离子电池目前已经走进人们的生产、生活的各个领域。对于锂离子动力电池来说，安全、寿命、续航、快充等的需求越来越高，因此在锂离子电池开发的过程中，研发人员越来越重视锂离子电池材料的稳定性、体系的选择、能量密度与功率密度的提高等，因此对于锂离子电池的开发需要不断更新，并且随着锂离子电池发展越来越快，对于锂离子电池的开发效率需要提升，这就要求锂离子电池的开发不仅需要高水平专业人员，还需要便捷的开发、研究工具，辅助专业技术人员高效进行锂离子动力电池开发。
3.目前对于锂离子软包电池的产气量最常用的手段是通过测量电池体积变化来判断产气量的，具体来说是将装有去离子水的桶放置于电子秤上，在电池在充放电测试前后分别将电芯主体浸泡在去离子水中，电子秤的示数即为浮力的反作用力，而浮力与电芯体积所产生的等量排水量相关，所以根据充放电前后的电子秤示数的变化来计算电芯产气量的多少，该方法缺点在于操作过程复杂、浪费水资源并且人为对电芯进行浸泡无法准确的保证充放电前后电芯在去离子水中浸泡的区域和位置完全相同，所以容易造成人为误差。
4.目前常规观测电解液的浸润是通过对锂离子软包电池进行拆解，首先拆掉铝塑膜，再割断极耳，最后才是将芯包逐层分离，观察每一层的浸润情况，该方法缺点在于在电芯拆解的过程中容易发生割伤极片造成安全风险，并且在用小刀滑动切割极耳的过程中容易将极片带下来与对电极接触造成短路，进而造成安全隐患。
5.现有技术中锂离子软包电池三电极组装方法有两种：第一种是外加极耳内连锂片作为第三电极，在已有的正、负极耳外再焊接一个正、负极耳，再用铝塑膜在原电芯外部封装一个比原先电芯约大一倍左右的新袋子，然后再将原软包电芯的侧面划开，在一端装有锂片的第三电极插入新袋子的一个角或一个边，将新袋子内部注入电解液，使锂片浸泡在电解液中，将新袋子封装好，新的三个极耳露在外边，即形成三电极；第二种是将导电铜线的一端与锂片相接，将锂片放入电芯内部芯包旁并注液，使锂片被电解液润湿，铜线伸出电芯外，将电芯封装好，固定住铜线，铜线即为第三电极。这两种方法缺点是：因铜片或铜片与锂片容易发生接触不良，导致三电极不良率高，此外在搬运过程中锂片容易从第三电极上脱落，进入芯包内部导致短路、起火等安全问题。
6.其他的如电性能测试、电化学工作站测试也是需要首先封装好电芯或封装好三电极来进行测试，根据目前常规的实验手段，锂离子软包电池电芯在生产过程中无法在预充的同时得知产气量，以及产气时对应的正负极电位。此外，锂离子软包电池电芯在循环过程中不同阶段的产气量无法直接得知，需在选定的时间点取下电芯测量电芯体积。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的问题是锂离子软包电池芯包测试用多功能装置，属于锂离子单体电池测试技术领域，结构简单，使用操作步骤简单，免去了电芯焊接极耳以及封装的过程，同时免去了电芯拆解时割破铝塑膜和割断极耳时容易带来的安全隐患，直接在装置中用芯包充放电，节省材料，节约时间。
8.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：锂离子软包电池芯包测试用多功能装置，属于锂离子单体电池测试技术领域，包括底托、上盖、第一导电片、第二导电片、第三导电片和通气管道，上盖安装在底托的上端，底托的上表面有第一凹槽，第一凹槽的侧面有第二凹槽和第三凹槽，第一导电片和第二导电片穿过底托，第一导电片的一端安装在第二凹槽内且另一端在底托的外部，第二导电片的一端安装在第三凹槽内且另一端在底托的外部，第一凹槽的下端有第四凹槽，第三导电片穿过底托，第三导电片的一端安装在第四凹槽内且另一端在底托的外部，通气管道安装在上盖上。
9.进一步的，第一导电片的材质是铝，第二导电片的材质是铜镀镍片，第三导电片的材质是铜。
10.进一步的，底托的四个角分别有1个竖直贯穿的螺孔，上盖的四个角分别有1个竖直贯穿的通孔，螺栓依次穿过通孔和螺孔，螺栓和螺孔螺纹连接。
11.进一步的，通孔的孔壁上有螺纹，通孔上的螺纹的形状和螺孔上的螺纹的形状相同。
12.进一步的，第一凹槽和第四凹槽的表面有不导电层，上盖的下表面有不导电层，通气管道的内壁有不导电层，不导电层的材质是聚丙烯。
13.进一步的，还包括密封圈，密封圈的材质是氯丁橡胶，密封圈有两条，两条密封圈分别安装在底托下端的边缘和上盖上端的边缘。
14.进一步的，还包括注液孔，注液孔开设在上盖上。
15.进一步的，还包括气压表和调节阀门，气压表和调节阀门安装在通气管道上，通气管道远离上盖的一端有出气口，调节阀门在气压表和出气口之间且靠近出气口。
16.进一步的，还包括第一压块、第二压块、第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧安装在上盖的下表面，第一压块安装在第一弹簧远离上盖的一端，第二压块安装在第二弹簧远离上盖的一端，第一压块和第二压块的下表面为弹性接触面且电绝缘。
17.进一步的，还包括温控装置，温控装置控制底托和上盖连接后在内部形成的腔体的温度。
18.与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下：
19.1.本实用新型结构简单，没有复杂的元器件，适宜在高校、研究所、企业中快速推广，使用操作步骤简单，打开装置可直接掀开芯包观察电解液浸润、极片隔膜劣化等情况，免去了电芯焊接极耳以及封装的过程，同时免去了电芯拆解时割破铝塑膜和割断极耳等原因导致的短路产生的起火等安全隐患，通过固定在装置底部的锂片和铜片作为安全的参比电极直接进行三电极测试，也避免了因为三电极制作不当，锂片接触不良导致测试不精准或锂片脱落导致的短路安全问题，游离电解液可以集中处理避免了环境污染，直接在装置中用芯包充放电，节省材料，节约时间。
20.2.本实用新型可以直接得知产生气体时对应的电芯的状态，包括荷电状态、电芯
电压、正负极电位等，方便收集不同产气阶段产生的不同气体。
21.3.本实用新型的第一导电片、第二导电片与底托接触的部位做绝缘处理，保证了底托不会带电。
22.4.本实用新型的第一凹槽和第四凹槽的表面有不导电层，上盖的下表面有不导电层，通气管道的内壁有不导电层，不导电层的材质是聚丙烯(pp),不导电层的绝缘性能和抗电解液腐蚀性能好，保证了底托、上盖、通气管道与电解液之间的绝缘。
23.5.本实用新型的密封圈的材质是氯丁橡胶，氯丁橡胶具有弹性，绝缘和密封性能好，抗电解液腐蚀性能好，密封圈有两条，两条密封圈分别安装在底托下端的边缘和上盖上端的边缘，可以保证底托和上盖安装好后的密封性达到最佳。
24.6.本实用新型的注液孔开设在上盖上，可以在底托和上盖密封好后再添加电解液，防止了在底托和上盖安装过程中电解液的流失影响实验结果。
25.7.本实用新型的气压表和调节阀门安装在通气管道上，可以通过气压表的变化可以判断不同阶段产气量和产气时段，调节阀门在气压表和出气口之间且靠近出气口，调节阀门用于控制出气的流量，方便控制收集的气体量，方便后续分析。
26.8.本实用新型的第一压块将芯包的一个极耳与第一导电片压紧，保证了二者的充分接触，第二压块将芯包的另一个极耳与第二导电片压紧，保证了二者的充分接触，第一压块和第二压块的下表面为弹性接触面且电绝缘，保证了压紧时不会损坏第一导电片、第二导电片和芯包两端的极耳且不会漏电。
27.9.本实用新型的温控装置控制底托和上盖连接后在内部形成的腔体的温度，温控装置可以是空调、电扇、水冷器等，通过调节温控装置可以得到不同温度条件下的测试结果，增加了多组对比测试数据，使测试更有说服力。
附图说明
28.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
29.图1是本实用新型锂离子软包电池芯包测试用多功能装置的底托的示意图；
30.图2是本实用新型锂离子软包电池芯包测试用多功能装置的底托的俯视图；
31.图3是本实用新型锂离子软包电池芯包测试用多功能装置的上盖的示意图；
32.图4是本实用新型锂离子软包电池芯包测试用多功能装置的上盖的侧视图。
33.附图标记：
34.1、底托；2、上盖；3、第一导电片；4、第二导电片；5、第三导电片；6、螺栓；7、通气管道；8、密封圈；9、气压表；10、调节阀门；11、第一凹槽；12、第二凹槽；13、第三凹槽；14、第四凹槽；15、螺孔；21、通孔；22、注液孔；23、第一压块；24、第二压块；25、第一弹簧；26、第二弹簧；71、出气口。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
39.如图1～4所示，本实用新型为锂离子软包电池芯包测试用多功能装置，属于锂离子单体电池测试技术领域，包括底托1、上盖2、第一导电片3、第二导电片4、第三导电片5和通气管道7，上盖2安装在底托1的上端，底托1的上表面有第一凹槽11，第一凹槽11的侧面有第二凹槽12和第三凹槽13，第一导电片3和第二导电片4穿过底托1，第一导电片3、第二导电片4与底托1接触的部位做绝缘处理，保证了底托1不会带电，第一导电片3的一端安装在第二凹槽12内且另一端在底托1的外部，第二导电片4的一端安装在第三凹槽13内且另一端在底托1的外部，第一导电片3、第二导电片4在底托1外部的部分可以与充放电仪、多路巡检仪或用电器等设备连接，以满足各种测试需求，第一凹槽11的下端有第四凹槽14，第三导电片5穿过底托1，第三导电片5的一端安装在第四凹槽14内且另一端在底托1的外部，免去了额外组装三电极的复杂过程，保证了第三电极在测试中的稳定性，且不会因为锂片脱落而导致安全问题，通气管道7安装在上盖2上，方便收集不同产气阶段产生的不同气体。
40.优选地，第一导电片3的材质是铝，第二导电片4的材质是铜镀镍片，第三导电片5的材质是铜。
41.优选地，底托1的四个角分别有1个竖直贯穿的螺孔15，上盖2的四个角分别有1个竖直贯穿的通孔21，螺栓6依次穿过通孔21和螺孔15，螺栓6和螺孔15螺纹连接，优选地，通孔21的孔壁上有螺纹，通孔21上的螺纹的形状和螺孔15上的螺纹的形状相同，方便螺栓6进入螺孔15。
42.优选地，第一凹槽11和第四凹槽14的表面有不导电层，上盖2的下表面有不导电层，通气管道7的内壁有不导电层，不导电层的材质是聚丙烯(pp),不导电层的绝缘性能和抗电解液腐蚀性能好，保证了底托1、上盖2、通气管道7与电解液之间的绝缘。
43.优选地，密封圈8的材质是氯丁橡胶，氯丁橡胶具有弹性，绝缘和密封性能好，抗电解液腐蚀性能好，密封圈8有两条，两条密封圈8分别安装在底托1下端的边缘和上盖2上端的边缘，可以保证底托1和上盖2安装好后的密封性达到最佳。
44.优选地，注液孔22开设在上盖2上，可以在底托1和上盖2密封好后再添加电解液，防止了在底托1和上盖2安装过程中电解液的流失影响实验结果。
45.优选地，气压表9和调节阀门10安装在通气管道7上，气压表9可以是数控、机械气压表9或可记录数据的气压表9，可以通过气压表9的变化可以判断不同阶段产气量和产气时段，通气管道7远离上盖2的一端有出气口71，出气口71用来收集测试产生的气体，调节阀门10在气压表9和出气口71之间且靠近出气口71，调节阀门10用于控制出气的流量，方便控制收集的气体量，方便后续分析，调节阀门10可以替换为自动通气量调节装置，进而自动调整出气量。
46.优选地，第一弹簧25和第二弹簧26安装在上盖2的下表面，第一压块23安装在第一弹簧25远离上盖2的一端，第一压块23将芯包的一个极耳与第一导电片3压紧，保证了二者的充分接触，第二压块24安装在第二弹簧26远离上盖2的一端，第二压块24将芯包的另一个极耳与第二导电片4压紧，保证了二者的充分接触，第一压块23和第二压块24的下表面为弹性接触面且电绝缘，保证了压紧时不会损坏第一导电片3、第二导电片4和芯包两端的极耳且不会漏电。
47.优选地，温控装置控制底托1和上盖2连接后在内部形成的腔体的温度，温控装置可以是空调、电扇、水冷器等，通过调节温控装置可以得到不同温度条件下的测试结果，增加了多组对比测试数据，使测试更有说服力。
48.在实际工作过程中，在进行两电极充放电测试时，首先将绝缘片放置在第四凹槽14内第三导电片5的上方，隔绝第三导电片5与芯包的接触，再将叠片或卷绕后的锂离子软包电池芯包放入第一凹槽11中，其中芯包正极耳与第一导电片3相搭接，芯包负极耳与第二导电片4相搭接，缓慢的向盛有芯包的第一凹槽11内倒入电解液，电解液的倒入量根据每次实验需求决定，将上盖2与底托1对应盖好，在四个角用螺栓6用相同的扭力拧紧，此时第一压块23和第二压块24分别将芯包的两个极耳与第一导电片3和第二导电片4压紧，上盖2下表面的密封圈8与底托1上表面的密封圈8紧密贴合，此时装置内部形成一个腔体，打开本装置附带通气管道7上的调节阀门10，用真空泵连接通气管道7来缓慢对装置的内部腔体进行抽真空，并保证电解液不被抽出，当气压表9示数达到最低时即刻关闭调节阀门10，保持装置内部腔体的负压，此时装置外伸出的第一导电片3和第二导电片4可以分别接入充放电设备的正负极线缆，对腔体内部的芯包进行充放电操作。该测试可以：通过气压表9示数的变化观察预充过程不同阶段对应的产气量变化，方便收集不同产气阶段产生的不同气体；观察循环过程中不同周数的产气量的变化；电芯实验中观察比较相同充放电制度下不同体系方案产气量的差异或相同体系不同充放电制度的产气量差异；在充放电结束以后，方便打开装置直接分开正极、负极、隔膜观察充放电过程产气、析锂、掉料等劣化现象；进行两电极eis、cv等电化学工作站测试等以及其他锂离子电池两电极充放电测试；在测试完毕后用气体样品袋接入装置附带的通气管道7，打开调节阀门10，产生的气体随即流入气体样品袋。
49.在进行三电极充放电测试时，首先将锂片放置于第四凹槽14内，可通过任意方法需使锂片与第四凹槽14内的第三导电片5紧密接触，再将叠片或卷绕后的锂离子软包电池芯包放入第一凹槽11中，芯包靠近锂片一侧的最外层必须是隔膜，隔绝极片与锂片的接触，将芯包正极耳与第一导电片3相搭接，芯包负极耳与第二导电片4相搭接，缓慢的向盛有芯包的第一凹槽11内倒入电解液，电解液的倒入量根据每次实验需求决定，将上盖2与底托1对应盖好，在四个角将螺栓6用相同的扭力拧紧，此时第一压块23和第二压块24分别将芯包的两个极耳与第一导电片3和第二导电片4压紧，上盖2下表面的密封圈8与底托1上表面的
密封圈8紧密贴合，此时装置内部形成一个腔体，打开本装置附带通气管道7上的调节阀门10，用真空泵连接通气管道7来缓慢对装置的内部腔体进行抽真空，并保证电解液不被抽出，当气压表9示数达到最低时即刻关闭调节阀门10，保持装置内部腔体的负压，此时装置外伸出的第一导电片3、第二导电片4和第三导电片5可以分别接入充放电设备的线缆，可利用不同通道的正负极线缆或外接多路巡检仪测试正极对锂电位以及负极对锂电位。该测试可以：在预充过程中观察产气阶段对应的正负极电位，且方便收集不同产气阶段产生的不同气体；观察循环过程中，随循环周数的增长，正负极电位的变化；知道负极析锂是否因负极电位过低导致；进行电化学工作站单电极测试，如eis、cv等，或其他三电极测试；收集产生的气体，在测试完毕后用气体样品袋接入装置附带的通气管道7，打开调节阀门10，产生的气体随即流入气体样品袋。
50.以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。