用于分析二次电池的设备的制作方法

1.本公开涉及用于分析二次电池的设备，并且涉及用于通过无泄漏地在高浓度下收集从二次电池产生的气体和标准气体来定量地分析该气体和标准气体的二次电池分析设备。


背景技术：

2.在识别电池容量、劣化机制、可靠性和稳定性等时，分析在二次电池中产生的气体是非常重要的。
3.用于二次电池的内部气体的分析包括通过收集从二次电池产生的气体来将待分析的目标气体转移到气相色谱分析(gc)装置的过程。
4.在这种情况下，传统上，已经在在气体收集管中收集从二次电池产生的气体、采样从气体收集管转移到采样环路的气体并且将在采样环路中采样的气体转移到gc装置之后执行了分析。
5.具体地，多位阀(mpv)、6通阀、采样环路等被连接到气体收集管，并且气体收集管中的气体通过mpv、6通阀和采样环路被转移到gc装置。
6.然而，在气体转移期间，在单元的连接部分处，可能发生气体泄漏，并且在将气体转移到每个单元时，气体可能被稀释。


技术实现要素：

7.本公开涉及用于分析二次电池的设备，并且提供用于通过无泄漏地在高浓度下收集从二次电池产生的气体和标准气体来定量地分析该气体和标准气体的二次电池分析设备。
8.本公开所要实现的技术问题不限于上述技术问题，并且根据以下描述，本公开所属领域的普通技术人员将清楚地理解上文未提到的其它技术问题。
9.根据本公开的方面，提供一种用于分析二次电池的设备，该设备包括：腔室，该腔室中包括密封空间，以在该密封空间中容纳电池；标准气体供应单元，该标准气体供应单元用于向其中容纳有电池的腔室的密封空间供应标准气体；采样环路，该采样环路用于采样从腔室的密封空间接收的气体；气体分析单元，该气体分析单元用于分析从采样环路接收的采样气体；真空泵，该真空泵用于在采样环路中形成负压力；第一切换阀，腔室和真空泵在该第一切换阀中被连接；第二切换阀，第一切换阀、气体分析单元和采样环路在该第二切换阀中被连接；和真空蓄存器，该真空蓄存器被连接到第二切换阀并且具有由真空泵在其中形成的负压力。
10.第一切换阀可以包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口和第六端口，第二切换阀可以包括第七端口、第八端口、第九端口、第十端口、第十一端口和第十二端口，第一切换阀可以被切换，使得选择第一模式和第二模式中的一个，第二切换阀可以被切换，使得选择第三模式和第四模式中的一个，在第一切换阀的第一模式中，第一端口和第
二端口可以通过流动路径被连接，第三端口和第四端口可以通过流动路径被连接，并且第五端口和第六端口可以通过流动路径被连接，在第一切换阀的第二模式中，第二端口和第三端口可以通过流动路径被连接，第四端口和第五端口可以通过流动路径被连接，并且第六端口和第一端口通过流动路径被连接，在第二切换阀的第三模式中，第七端口和第八端口可以通过流动路径被连接，第九端口和第十端口可以通过流动路径被连接，并且第十一端口和第十二端口可以通过流动路径被连接，在第二切换阀的第四模式中，第八端口和第九端口可以通过流动路径被连接，第十端口和第十一端口可以通过流动路径被连接，并且第十二端口和第七端口可以通过流动路径被连接，腔室可以通过流动路径被连接到第一端口，并且真空泵可以通过流动路径被连接到第二端口和第五端口。
11.第一切换阀的第六端口和第二切换阀的第八端口可以通过流动路径被连接
12.采样环路的一端可以被连接到第九端口，并且采样环路的另一端可以被连接到第十二端口。
13.真空蓄存器可以被连接到第七端口。
14.该设备可以进一步包括载气供应单元，该载气供应单元用于供应载气以将采样环路中的采样气体转移到气体分析单元。气体分析单元可以通过流动路径被连接到第十一端口，并且载气供应单元可以通过流动路径被连接到第十端口。
15.该设备可以进一步包括压力计，该压力计用于测量采样环路的压力。压力计可以被连接到将第一端口和腔室连接的流动路径。
16.腔室可以包括冲孔部，该冲孔部用于在电池的外壳中形成孔。
17.腔室可以包括：本体，在该本体中形成有具有打开的上部的容纳空间，电池被容纳在该容纳空间中；和盖，该盖用于覆盖本体的上端以，将容纳空间形成为密封空间，冲孔部被安装在该盖中。
18.本公开的二次电池分析装置能够更容易地收集并定量地分析从例如具有特定规格的袋型电池产生的气体，并且可以能够通过在没有单独的气体收集管的情况下直接地分析在腔室中扩散的气体而以改进的气密性和简化的过程来分析气体。
19.使用真空蓄存器的本公开的二次电池分析设备能够利用采样环路更有效地且快速地采样腔室中的气体。
20.在本公开的二次电池分析设备中，当在采样环路中形成真空时，通过在中空的真空蓄存器中形成真空，能够在有真空裕度的情况下促进到采样环路中的扩散。即，即便发生稍微的泄漏或者在低浓度下收集气体，本公开的二次电池分析设备也能够稳定地将气体扩散到采样环路中并进行采样。
附图说明
21.图1是示出本公开的二次电池分析设备的概念图。
22.图2是示出第一切换阀的第一模式的概念图。
23.图3是示出第一切换阀的第二模式的概念图。
24.图4是示出第二切换阀的第三模式的概念图。
25.图5是示出第二切换阀的第四模式的概念图。
26.图6是示出本公开的二次电池分析设备的另一个实施例的概念图。
27.图7是示出本公开的二次电池分析方法的框图。
具体实施方式
28.在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。在这个过程中，为了清楚和便于解释，附图中示出的构成元件的尺寸或形状可能被夸大。此外，考虑到本实用新型的构造和操作而具体定义的术语可以根据用户或操作者的意图或习惯而变化。这些术语的定义应该基于本说明书全文的内容而作出。
29.在本实用新型的描述中，应当注意，由术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内侧”、“外侧”、“一个表面”、“另一个表面”等指示的方向或者位置关系基于附图中所示的方向或位置关系或者基于当本实用新型的产品被通常使用时所布置的方向或位置关系。因此，不应将那些术语理解为限制本实用新型，因为它们仅用于本实用新型的描述和简要说明，而不是以必须在特定方向上构造或操作所显示的装置或元件为前提提出的。
30.图1是示出本公开的二次电池分析设备的概念图。图2是示出第一切换阀600的第一模式的概念图。图3是示出第一切换阀600的第二模式的概念图。图4是示出第二切换阀700的第三模式的概念图。图5是示出第二切换阀700的第四模式的概念图。图6是示出本公开的二次电池分析设备的另一实施例的概念图。图7是示出本公开的二次电池分析方法的框图。
31.在下文中，将参考图1到图6描述根据本公开实施例的用于分析二次电池的设备。
32.本公开的二次电池分析设备能够更容易地收集并定量地分析从例如具有特定规格的袋型电池产生的气体，并且通过在没有单独的气体收集管的情况下、直接分析腔室中扩散的气体来以改进的气密性和简化的过程对气体进行分析。
33.如图1中所示，二次电池分析设备可以包括：腔室100，该腔室100中包括密封空间，并且在该密封空间中容纳电池10；标准气体供应单元200，该标准气体供应单元200用于向其中容纳有电池10的腔室100的密封空间供应标准气体；采样环路300，该采样环路300用于从腔室100的密封空间接收并采样气体；气体分析单元400，该气体分析单元400用于从采样环路300接收并分析采样气体；真空泵500，该真空泵500用于在采样环路300中形成负压力；第一切换阀600，腔室100和真空泵500在该第一切换阀600中被连接；第二切换阀700，第一切换阀600、气体分析单元400和采样环路300在该第二切换阀700中被连接；和真空蓄存器1000，该真空蓄存器1000被连接到第二切换阀700，并且具有由真空泵500在其中形成的负压力。
34.腔室100设置有密封空间，电池10被容纳在该密封空间中，并且腔室100可以包括冲孔部130，该冲孔部130用于在电池10的外壳中形成孔。在本公开的二次电池分析设备中，“在电池10的外壳中形成孔”和“收集在电池10中产生的气体”可以在腔室100的密封空间而不是在单独的空间中执行。因此，本公开的二次电池分析设备能够得以简化，并且能够降低泄漏的可能性。
35.腔室100可以包括：本体120，在该本体120中形成有具有打开的上部的容纳空间，以容纳电池10；和盖110，冲孔部130被安装到盖110。盖110可以覆盖本体120的上端部，使得本体120的内部空间可以变成密封空间。
36.冲孔部130可以被设置成穿过盖110，使得可以通过从腔室100的外部来操控冲孔部130、从而在置放在腔室100中的电池10的外壳中形成孔。
37.盖110可以通过气缸联接到本体部120或者从本体部120分离，使得可以打开或关闭密封空间。o形环可以被插入盖部110和本体部120彼此接触的部分中，以改进密封空间的气密性。
38.标准气体供应单元200可以供应当制备用于定量分析的校准曲线时使用的标准气体。标准气体可以包括在电池10中产生的主要气体，并且可以包括h2、o2、co、co2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、c3h4、c3h6、c3h8、ch3f、c2h5f和c2h3f中的至少一种。即，标准气体可以是包含短烃和f的气体。
39.如图6中所示，标准气体供应单元200可以通过流动路径被连接到腔室100。在电池10被容纳在腔室100的密封空间中的状态中，标准气体供应单元200可以向腔室100供应标准气体。
40.采样环路300可以对被注入到气体分析单元400中的气体样本进行采样。采样环路300的材料不受特别限制，但是可以是在真空减压期间不改变形状和体积的不锈钢、铜钢、合金钢等，并且采样环路300的内部容积可以在10ul到1000ul的范围中。采样环路300可以具有其一部分被弯曲的管形，并且气体可以通过采样环路300的两端被注入或排放到采样环路300中。
41.气体分析单元400可以包括有机溶剂分离柱和检测器。有机溶剂分离柱可以分离轻质气体，并且可以是shincarbon、gc-carbonplot等。检测器可以是导热率检测器(gc-tcd)、火焰离子化检测器(fid)等。
42.真空泵500可以在气体将在其中扩散的空间(阀、流动路径等)以及采样环路300中形成负压力。换言之，真空泵500可以降低气体将在其中扩散的空间和采样环路300的压力。
43.第一切换阀600和第二切换阀700均可以是多端口阀，其包括流动路径可以通过其连接的多个端口。
44.即便大气气体被引入，并且其内部压力由于在采样环路300等中形成真空之后的泄漏而升高，真空蓄存器1000也允许气体在采样环路300中被可靠地采样。真空蓄存器1000可以是具有中空内部的刚性容器。在本公开的二次电池分析设备中，当在采样环路300中形成真空时，通过在中空的真空蓄存器1000中进一步形成真空，能够在具有真空裕度的情况下促进进入采样环路300中的扩散。换言之，即便发生稍微的泄漏或者在低浓度下收集气体，本公开的二次电池分析设备也能够稳定地将气体扩散到采样环路中，以进行采样。
45.在大规模生产的二次电池的情况下，因为电池10的平衡被优化，所以从电池10产生的气体可能较少。在这种情况下，通过使用传统气体收集装置，难以收集足够量的气体以在采样环路300中分析气体。然而，即使在仅产生了微量气体的条件下，诸如大规模生产的二次电池，本公开的二次电池分析设备也能够可靠地收集足够量的气体。
46.如图2到图5中所示，第一切换阀600可以包括第一端口610、第二端口620、第三端口630、第四端口640、第五端口650和第六端口660，第二切换阀700可以包括第七端口710、第八端口720、第九端口730、第十端口740、第十一端口750和第十二端口760。
47.如图2和图3中所示，第一切换阀600被切换为选择第一模式和第二模式中的一个。在第一切换阀600的第一模式中，第一端口610和第二端口620可以通过流动路径被连接，第
三端口630和第四端口640可以通过流动路径被连接，并且第五端口650和第六端口660可以通过流动路径被连接。在第一切换阀600的第二模式中，第二端口620和第三端口630可以通过流动路径被连接，第四端口640和第五端口650可以通过流动路径被连接，并且第六端口660和第一端口610可以通过流动路径被连接。
48.如图4和图5中所示，第二切换阀700被切换为选择第三模式和第四模式中的一个。在第二切换阀700的第三模式中，第七端口710和第八端口720可以通过流动路径被连接，第九端口730和第十端口740可以通过流动路径被连接，并且第十一端口750和第十二端口760可以通过流动路径被连接。在第二切换阀700的第四模式中，第八端口720和第九端口730可以通过流动路径被连接，第十端口740和第十一端口750可以通过流动路径被连接，并且第十二端口760和第七端口710可以通过流动路径被连接。图2到图5所示的点划线指示流动路径的连接状态。
49.如图1中所示，腔室100可以通过流动路径被连接到第一端口610，并且真空泵500可以通过流动路径被连接到第二端口620和第五端口650。鉴于腔室100侧上的线路的内径与第一切换阀600侧和第二切换阀700侧上的线路的内径之间的差异，真空泵500可以被同时地连接到第二端口620和第五端口650，从而稳定地形成真空。
50.如图1中所示，第一切换阀600的第六端口660和第二切换阀700的第八端口720可以通过流动路径被连接。采样环路300所连接的第二切换阀700通过第一切换阀600的第六端口660被连接，由此容易通过连接到第五端口650的真空泵500形成采样环路300的真空。
51.如图1中所示，采样环路300的一端可以被连接到第九端口730，并且采样环路300的另一端可以被连接到第十二端口760。因为采样环路300被连接到与第二切换阀700的第八端口720相邻的第九端口730，且该第二切换阀700连接到真空泵500所连接的第一切换阀600，所以能够稳定地形成真空。
52.真空蓄存器1000可以被连接到第七端口710。真空蓄存器1000可以被连接到与采样环路300所连接的第十二端口760相邻的第七端口710，并且当第二切换阀700被切换到第四模式时，真空蓄存器1000可以被连接到采样环路300。
53.如图1和图6中所示，本公开的二次电池分析设备可以进一步包括载气供应单元800，该载气供应单元800供应用于将在采样环路300中采样的气体转移到气体分析单元400的载气。气体分析单元400可以通过流动路径被连接到第十一端口750，并且载气供应单元800可以通过流动路径被连接到第十端口740。在第二切换阀700被切换到第三模式的状态中，载气供应单元800将载气注入到采样环路300中，并且在采样环路300中采样的气体可以被转移到气体分析单元400中。
54.如图6中所示，本公开的二次电池分析设备可以进一步包括压力计900，该压力计900用于测量采样环路300的压力，压力计900可以被连接到将第一端口610和腔室100连接的流动路径。特别地，十字管1100可以被设置在将第一端口610和腔室100连接的流动路径中。此外，腔室100、第一端口610、压力计900和真空泵500可以分别被设置在十字管1100的四个连接器处。压力计900和真空泵500可以被连接。在这种情况下，第二端口620和第五端口650可以通过流动路径与十字管1100的四个连接器中的一个连接器一起被同时地连接到真空泵500。压力计900可以测量在真空形成时的压力以及在气体扩散时的压力。
55.在下文中，将描述使用本公开的二次电池分析设备的二次电池分析方法。
56.如图7中所示，本公开的二次电池分析方法可以包括：真空形成步骤s100：在电池10被容纳的状态中，通过将第一切换阀600选择为第一模式并将第二切换阀700选择为第四模式，从而在采样环路300和真空蓄存器1000中形成真空；标准气体采样步骤s200：通过将第一切换阀600选择为第二模式并将第二切换阀700选择为第四模式以将标准气体扩散到腔室100和采样环路300的密封空间中，从而采样标准气体；标准气体分析步骤s300：通过将第一切换阀600选择为第一模式并将第二切换阀700选择为第三模式并且将载气注入到第一端口610中以将采样环路300的标准气体转移到被连接到第十一端口750的气体分析单元400，从而分析标准气体；和校准曲线创建步骤s400：通过重复真空形成步骤s100、标准气体采样步骤s200和标准气体分析步骤s300，从而创建校准曲线。
57.在真空形成步骤s100、标准气体采样步骤s200和标准气体分析步骤s300中，被容纳在腔室100中的电池10中没有形成孔。在完成校准曲线创建步骤s400之后，可以通过经由冲孔部130在电池10中形成孔来实际地执行对在电池10中产生的气体的分析。
58.在真空形成步骤s100中，真空泵500在采样环路300、气体分析单元400和腔室100的密封空间中形成真空，并且此时的压力被测量并记录为第一压力值。
59.在标准气体采样步骤s200中，供应标准气体以使采样环路300、气体分析单元400和腔室100的密封空间中的标准气体扩散，并且此时的压力被测量并记录为第二压力值。
60.真空形成步骤s100、标准气体采样步骤s200和标准气体分析步骤s300可以利用不同浓度的标准气体被反复地执行。例如，可以分别针对具有三种或更多种不同浓度的标准气体执行真空形成步骤s100、标准气体采样步骤s200和标准气体分析步骤s300。
61.在校准曲线创建步骤s400中，可以基于第一压力和第二压力之间的差异、标准气体的摩尔分数、气体扩散体积等来创建校准曲线。
62.尽管上文已经描述了根据本公开的实施例，但是它们仅仅是示例性的，并且本领域普通技术人员将理解，根据以上描述，这些实施例的各种修改和等同方案是可能的。因此，本公开的真正的技术保护范围应该由所附权利要求确定。
63.(附图标记说明)
64.10：电池
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100：腔室
65.110：盖
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120：本体
66.130：冲孔部
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200：标准气体供应单元
67.300：采样环路
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400：气体分析单元
68.500：真空泵
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600：第一切换阀
69.610：第一端口
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620：第二端口
70.630：第三端口
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640：第四端口
71.650：第五端口
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660：第六端口
72.700：第二切换阀
73.710：第七端口
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720：第八端口
74.730：第九端口
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740：第十端口
75.750：第十一端口
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760：第十二端口
76.800：载气供应单元
77.900：压力计
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1000：真空蓄存器
78.1100：十字管