一种基于千斤顶的简易针刺设备的制作方法

本发明涉及一种基于千斤顶的简易针刺设备，属于锂离子电池安全领域，特别是一种锂离子电池针刺实验的方法。

背景技术：

锂离子电池在可便携设备、工具以及电动汽车中得到广泛应用，已经成为最重要的移动能源。但不可避免的过充、刺穿、过热以及冲击会导致锂离子电池正极、负极、隔膜等组分不同程度的失效从而引起短路，造成热失控进而导致起火甚至爆炸。

针刺实验导致的热失控程度的不同可以定性评估锂离子电池的安全性能。

锂离子电池的针刺实验是引发热失控甚至爆炸的其中一种方法，但现有的针刺设备比较昂贵。普通的万能试验机可以进行针刺实验，但缺少相应的保护措施。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于千斤顶的简易针刺设备，利用千斤顶实现针刺实验，简单可行，价格低廉；且防爆箱内进行，保护实验人员，还可以同时安装排风系统，接通排风管路排出废气，保护实验人员不吸入有毒气体，可以用于定性评估锂离子电池安全性。

本发明采用的技术方案为：一种基于千斤顶的简易针刺设备，包括：千斤顶、支架、针头转接器、针头；千斤顶与支架组装形成升降底座，针头与针头转换器通过螺纹连接固定于支架上，所述针刺设备通过千斤顶的升降来控制针刺的深度。

所述针头能够替换为不同尺寸、不同长度、不同形状和不同材质，所述不同形状为平头、圆头或尖头。

所述针刺设备放入防爆箱内操作，安全可靠；千斤顶通过操作手柄升降，所述操作手柄位于防爆箱外面，保护操作人员。

所述针刺设备对锂离子电池轴向和径向进行针刺实验，研究热失控的传播。

所述针刺设备对不同尺寸锂离子电池进行针刺实验。

所述防爆箱内装有排风系统，通过排风系统排除废气。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明可以用于锂离子电池多角度针刺实验，方便实用，定性描述锂离子电池受到针刺时的热失控反应，针头与支架通过螺纹连接，可以替换不同长度和直径以及材质。同时针刺设备可以在防爆箱内进行，安全可靠，以保证实验人员的安全；并设有排风系统，可以有效排出有毒物质，并且可以同时实现径向和轴向针刺，可以用于定性评估锂离子电池安全性。

(2)本发明的千斤顶通过外部操作手柄带动螺杆机构实现升降，将针头固定在支架顶部，锂离子电池放于千斤顶顶端，保持针头的位置不动，通过锂离子电池的升降实现针刺；同时本发明可以进行不同尺寸锂离子电池径向以及轴向的针刺实验，在防爆箱中进行，同时加装排风扇以及排风管道，操作方便，有效保护实验人员。

(3)支架凹槽与挡板的设计稳定固定千斤顶，针头转换器与支架的长螺纹设计，有效调控针头与电池的相对位置，充分利用螺杆转动带动千斤顶升降的性能。

(4)本发明装置容易搭建与拆卸，不占用实验室面积，且价格低廉，适用于定性评估锂离子电池针刺危险程度，还使用不受空间限制，操作简单实用，无需专门培训。

附图说明

图1为整体装配示意图；

图2为本发明中支架的形状，其中，左a支架整体示意图，b为支架侧视图，c为支架俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明进行详细说明。

本发明的具体实施例如下：

如图1所示，本发明的基于千斤顶的简易针刺设备包括：千斤顶1、支架2、针头3、针头转换器4。

千斤顶1放置于支架2的凹槽中，并设计相应挡板进行固定，电池7通过胶粘放置于千斤顶1上部，针头3通过螺纹连接于针头转换器4上，针头转换器4通过m4的螺纹固定于支架2上，并通过防松螺母固定。其中，由于电池的针刺方向以及型号的不同，针头3与电池的相对位置需要实时调节，可以由针头转换器4的伸长长度进行调节。针刺实验中的升降可以通过操作手柄5控制千斤顶1的升降进行。考虑到电池针刺实验的有毒气体产生以及火花喷溅，该装置可以放置于防爆箱6中为了保证实验人员的安全性。防爆箱装有排风系统并留有相应的孔洞使得操作手柄5可以伸出防爆箱外进行操作。实验过程中，先通过操作手柄5以及针头转换器4的升降使得电池7与针头3有一定的预压。然后关上防爆门，轻轻转动操作手柄5使得千斤顶1向上运动，针头3刺入电池7，此时电池7开始冒火花甚至燃烧、爆炸。试验后打开排风扇排出废气，取出实验样品进行后续研究分析。

采用的千斤顶1不需要定制，购买成品即可。支架2根据操作空间等进行设计，用普通钢材即可。根据电池轴向或者径向针刺以及不同电池尺寸的需求，针头3的高度可以通过针头转换器4与支架2之间的螺纹连接进行调整。由于针头3可替换，故其形状、直径、长度以及材质均可根据实验需要进行相应的调整。图1所示为锂离子电池轴向针刺的示意图，当圆柱形锂离子电池进行径向针刺实验时，由于径向的尺寸要远小于轴向尺寸，故电池7与针头3的距离会较大，此时，可以通过旋拧针头转换器4缩小其与电池7之间的距离实现针刺实验。同样地，对于其他不同尺寸的电池，同样可以通过螺纹的调节。

本发明根据现有的防爆箱尺寸以及千斤顶的尺寸，制造如图2所示的支架。底部设计凹槽以便固定千斤顶，顶部设计螺纹孔以便针头及转换器的接入。

如图2所示，支架的具体结构形状如图2中的a、b、c所示，l1和l2为支架长度和支架底座凹槽长度，分别为200和126mm；d1为针头转换器与支架之间的螺纹孔径为4mm,t1,t2,t3为5,4,10mm，分别代表支架顶部的厚度，底座凹槽的深度以及底座的厚度；h1为支架的高度，其值为280mm；w1和w2分别为150和72mm，为支架宽度和底座凹槽宽度。

本发明巧妙利用千斤顶的升降实现锂离子电池的针刺实验，通过合理设计支架尺寸实现与千斤顶的配合协同工作。长螺纹的连接方式可以在一定范围内进行距离的调节，适用于各种尺寸电池的针刺实验。同时，针头与针头转换器的分体式设计可以满足不同形状(平头、圆头、锥形头等)、材质(钢、铜、塑料等)、直径(1,2,4mm等)、长度(2,4,6mm等)的针刺需求，针头的加工工期短，价格便宜。同时由于其小巧，可操作性强可以与防爆箱进行很好的配合，针刺过程中的碎片飞溅可以得到有效防护，针刺产生的废气毒气可以排出集中处理，针刺实验过程中的燃烧爆炸行为被限制于防爆箱内，安全可靠。

提供以上实例仅仅是为了描述本发明的目的，而不是限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于千斤顶的简易针刺设备，该设备可以用于各种尺寸锂离子电池多角度针刺实验，方便实用，可以定性描述锂离子电池受到针刺时的热失控反应。针头与支架通过螺纹连接，可以替换不同长度、直径以及材质。本发明针刺设备可以在防爆箱内进行，安全可靠，并设有排风系统，可以有效排出有毒物质。

技术研发人员：许骏;王璐冰;刘冰河;吴依静
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2017.09.29
技术公布日：2018.02.23