一种测量锂电池体积膨胀的装置的制作方法

本实用新型涉及电池测量领域，尤其涉及一种测量锂电池体积膨胀的装置。

背景技术：

锂离子电池发展中能量密度不断提高，由于使用了储锂能力更多的材料，电池在充放电过程中体积可能发生显著变化。例如，当使用了si作为负极材料的时候，体积膨胀最高可以到达300%。目前的锂离子电池技术引入少量的硅颗粒，即便是少量的硅颗粒也能引起软包电池体积变化，产生鼓包现象。如果电极涂布中硅不均匀，常产生不均匀的形变。另外也有产气问题导致电池鼓包。在电池研究、测试和生产过程中需要定量的计量电池的体积膨胀随着充放电过程的变化，解析电池体积形变产生机理和发生体积膨胀的充放电状态与膨胀量之间关系。

测量电池体积变化最简单的办法是计量电池厚度变化，但是这种方法粗糙，对于不均匀变化的电池膨胀过程，测量厚度变化误差较大。中国专利cn108332817a提供了一种排水法测量电池产气量的方法，该方法能够测量大量气体产生导致的较大体积变化，对于微小的体积变化，排出水量较少，容易引起相对误差，为了实现精确测量需要昂贵的高精密称重仪器。中国专利cn109682290a采用位移传感器测量电池高度变化。中国专利cn208887726提供了一种沉浸式方法测量蓄电池体积变化的装置，该方法需要将电池放入不导电的液体中，由于充放电过程导电需要引出到测试仪器，这种装置需要极好的密封性能阻止电池体积膨胀过程中挤压液体从电线缝隙渗出。锂离子电池的电压较高，单电池通常在4伏左右，电池组电压更高，需要电化学稳定性极好的不导电液体才能不被电池电压分解，电池浸入液体后，安全充放电。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供了一种测量锂电池体积膨胀的装置，利用长颈容器液位升高过程，测量电池充放电过程体积变化，在保证精度的前提下，降低成本，简化操作，避免使用昂贵仪器，增加测量安全性，同时提高测量精度。

本实用新型提供一种测量锂电池体积膨胀的装置，包括一个带有微量液体计量的长颈容器、液体储备容器和贴附在电池上随电池一起形变的薄膜，所述液体储备容器内盛满液体，液体储备容器下端设置有斗状敞口，且斗状敞口被薄膜密封，电池紧贴薄膜设置，在薄膜上部的液体压力下，薄膜紧密贴附在薄膜上，所述长颈容器设置在上端，电池充放电的过程中体积膨胀，引起长颈容器中液位升高，计量体积变化，通过读数进行测量锂电池体积膨胀量。

液体和电池分隔开，所以不必选择不导电液体，不存在被电池极尔两端电压电解的问题，因此可选择的液体种类很多，当然水是最直接的选择。

液体储备容器底部密封，阻止漏液，同时薄膜可以感知应力和形变，并且反映在长颈容器中的液位变化。电池充放电过程测量液位的升高就可读出体积变化。

进一步改进在于：所述液体储备容器上端还设置有旋塞口，通过旋塞口向液体储备容器内加入液体。

进一步改进在于：所述薄膜为拆卸式的，便于更换。

进一步改进在于：所述薄膜是具有弹性的橡胶薄膜。

进一步改进在于：所述液体为水或乙醇或硅油。

进一步改进在于：所述长颈容器的管径为10μm~10cm。

锂离子电池种类很多，膨胀比例或者膨胀的绝对体积变化很大，一个仪器中毛细玻璃管未必足以反映膨胀过程体积的变化，针对这种超出量程的情况，可以制备可更换的长颈容器，通过改变玻璃管内径，度量不同超量程的体积变化。因此装置顶端的长颈容器可以设计成可更换的玻璃管，或者由于该装置非常廉价，可以制备或购买不同量程的仪器，用于体积变化绝对值超量程的情况。

装置底端橡皮薄膜与电池的贴附程度影响了测量的精确程度。较厚的电池放入橡皮薄膜下方，在四周棱处缝隙，如果在体积膨胀过程中发生变化，会带来测量误差。较薄的电池，这种误差较小，对于厚电池，和体积膨胀较大的电池，测量误差影响结果的准确性。针对这种情况，可以使用较大面积的弹性橡胶薄膜，在底部将电池严密包裹起来，然后在容器中注液，消除棱四周空隙，贴附不紧密产生的测量误差。

电池放入测量仪器底部时候，从旋塞口注液，液位必须与出口持平，封闭旋塞口后，不能在内部封存气泡，气泡存在也会影响测量准确的。

弹性橡胶薄膜必须是紧密套在液体储备容器下端敞开口上，不能在测量过程产生漏液现象。

本实用新型主旨是实现一个廉价的测量电池充放电过程中体积膨胀量的装置。为了降低成本，该装置可采用玻璃工艺实现，容易或者底部大容器和顶部的毛细玻璃管，在玻璃烧制过程中一次成型。另外也可采用塑料加工容器，在顶部连接可拆卸的毛细玻璃柱。这种方式有利之处在于可以拆卸度量体积变化的毛细玻璃柱，进一步降低成本，又能实现针对不同形变量的电池体积变化的测量。毛细管的内径均匀，测量出内径就可算出不同高度的液位上升对应的电池体积变化。

产生形变的底部弹性橡胶薄膜，可以使用弹性形变较好的聚二甲基硅氧烷，或者简易装置直接采用廉价的气球即可。将气球套在容器底部，密封好气球和玻璃之间的空隙。将电池包埋在气球中。放置电池，然后从旋塞口中加入水，直到液位到达注液口高度，封闭好注液口，排除可能产生的气泡。

本实用新型的有益效果是：利用长颈容器液位升高过程，测量电池充放电过程体积变化，在保证精度的前提下，降低成本，简化操作，避免使用昂贵仪器，增加测量安全性，同时提高测量精度。

附图说明

图1是本实用新型未放电池的结构示意图。

图2是本实用新型放置电池的结构示意图。

其中：1-长颈容器，2-液体储备容器，3-电池，4-薄膜，5-液体，6-旋塞口。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1-2所示，本实施例提供一种测量锂电池体积膨胀的装置，包括一个带有微量液体计量的长颈容器1、液体储备容器2和贴附在电池3上随电池一起形变的薄膜4，所述液体储备容器2内盛满液体5，液体储备容器2下端设置有斗状敞口，且斗状敞口被薄膜4密封，电池3紧贴薄膜4设置，在薄膜4上部的液体5压力下，薄膜4紧密贴附在薄膜4上，所述长颈容器1设置在上端，电池3充放电的过程中体积膨胀，引起长颈容器1中液位升高，计量体积变化，通过读数进行测量锂电池体积膨胀量。所述液体储备容器2上端还设置有旋塞口6，通过旋塞口6向液体储备容器2内加入液体5。所述薄膜4为拆卸式的，便于更换。所述薄膜4是具有弹性的橡胶薄膜。所述液体5为水。

技术特征：

1.一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：包括一个带有微量液体计量的长颈容器（1）、液体储备容器（2）和贴附在电池（3）上随电池一起形变的薄膜（4），所述液体储备容器（2）内盛满液体（5），液体储备容器（2）下端设置有斗状敞口，且斗状敞口被薄膜（4）密封，电池（3）紧贴薄膜（4）设置，在薄膜（4）上部的液体（5）压力下，薄膜（4）紧密贴附在薄膜（4）上，所述长颈容器（1）设置在上端，电池（3）充放电的过程中体积膨胀，引起长颈容器（1）中液位升高，计量体积变化，通过读数进行测量锂电池体积膨胀量。

2.如权利要求1所述的一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：所述液体储备容器（2）上端还设置有旋塞口（6），通过旋塞口（6）向液体储备容器（2）内加入液体（5）。

3.如权利要求1所述的一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：所述薄膜（4）为拆卸式的，便于更换。

4.如权利要求1或3所述的一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：所述薄膜（4）是具有弹性的橡胶薄膜。

5.如权利要求1或2所述的一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：所述液体（5）为水或乙醇或硅油。

6.如权利要求1所述的一种测量锂电池体积膨胀的装置，其特征在于：所述长颈容器（1）的管径为10μm~10cm。

技术总结
本实用新型提供一种测量锂电池体积膨胀的装置，包括一个带有微量液体计量的长颈容器、液体储备容器和贴附在电池上随电池一起形变的薄膜，所述液体储备容器内盛满液体，液体储备容器下端设置有斗状敞口，且斗状敞口被薄膜密封，电池紧贴薄膜设置，在薄膜上部的液体压力下，薄膜紧密贴附在薄膜上，所述长颈容器设置在上端，电池充放电的过程中体积膨胀，引起长颈容器中液位升高，计量体积变化，通过读数进行测量锂电池体积膨胀量。利用长颈容器液位升高过程，测量电池充放电过程体积变化，在保证精度的前提下，降低成本，简化操作，避免使用昂贵仪器，增加测量安全性，同时提高测量精度。

技术研发人员：姜玲娣
受保护的技术使用者：南京宁智高新材料研究院有限公司
技术研发日：2019.10.14
技术公布日：2020.07.28