1.本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置及其使用方法。
背景技术：2.锂离子电池广泛应用于国民经济和日常生活各个领域，起到化学储能作用。锂离子电池通常由内芯及其封装结构构成。其中，金属壳体是锂离子电池最为常见的一种封装形式之一。金属壳体锂离子电池具有一定的结构强度，能量密度、密封性和成组率高。锂离子电池充放电和存储过程，内部经常因各种副反应等因素产生气体，这些产气不利于锂离子电池的性能发挥，制约其循环寿命，甚至带来安全隐患。为了改进锂离子电池的设计和制造，人们需要对锂离子电池进行各种测试，收集测试过程的内部产气，并使用色谱、质谱等各种化学分析手段获得内部产气的成分及其变动情况，从而更好地总结产气规律、揭示产气机理。
3.公知的技术手段中，人们通常使用气球来收集化学反应过程的产气。但是，对锂离子电池测试过程而言，要连续收集其内部产气，具有以下四个方面的特殊技术要求：第一，要求收集装置具有极佳的密封性以防止内部气体泄漏并杜绝外部氧气、水分等进入电池内部，常见的喷涂胶水等密封手段，容易被电池内部的电解液破坏，并不能实现牢靠的粘结；第二，要求收集装置任意成分不被腐蚀溶解，不能进入电池内部影响电池的正常性能，如橡胶等气球材料就容易被腐蚀；第三，要求能够多次间断收集产气以便采集锂离子电池不同测试阶段的产气成分从而掌握其产气演化情况，而每次产气收集操作的切换过程也要严格保证密封性；第四，不能影响锂离子电池正常的结构形态，也不对锂离子电池现有测试过程造成干扰。
4.当前公知的技术手段并不能很好地满足以上四个要求，故亟待发展新的技术手段对锂离子电池测试过程的产气进行多次原位采集。
技术实现要素：5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、制备方便、密封性好、不影响电池生产测试且操作简便、能多次原位收集产气的金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置及其使用方法。
6.根据本发明的一个方面，提供一种金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，用于在金属壳体锂离子电池测试过程多次收集电池的产气，该装置包括锂离子电池和收集部件，所述锂离子电池由内芯和用于封装内芯的金属制成的外壳以及位于外壳内部的极耳、位于外壳外部的极柱构成，所述内芯与极耳电性连接，所述极耳和极柱均与外壳绝缘，所述极耳包括正极耳和负极耳，所述极柱包括正极柱和负极柱，所述正极耳和正极柱电性连接，所述负极耳和负极柱电性连接，所述外壳上设有连通孔；所述收集部件包括收集管和若干收集袋，所述收集管包括主管、与主管连通的若干支管和封头，所述封头设于主管的一
个末端用于密闭主管且主管的另一末端伸入连通孔与外壳内部空间连通，所述支管的数目与收集袋数目相等且每一个支管上面套有一个收集袋；所述主管的外壁和连通孔的孔壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集袋包括袋状本体、过渡管和袋口，所述过渡管的部分区域套在支管外壁面上，所述袋口和支管的外壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集管和收集袋均由铝金属制成。
7.优选地，所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，所述支管的数目大于等于3个。
8.优选地，所述收集袋在内部不带压力的情况下，其原始壁厚在0.5微米至15微米之间。
9.根据本发明的另一个方面，提供一种应用于上述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置的使用方法，分为以下步骤：
10.步骤1、使用夹子将每一个收集袋的袋状本体夹紧以使其内部有效容积尽可能地小，然后在锂离子电池制造车间制备和组装产气收集装置；
11.步骤2、对电池进行包括化成，完成电池制作；
12.步骤3、在产气收集装置中留存的收集袋中，选择1只收集袋并去除其上的夹子，从而使该选择的收集袋具备气体收集能力；
13.步骤4、对锂离子电池进行若干测试，并使用步骤3选择的收集袋收集测试过程的产气；
14.步骤5、暂停锂离子电池的测试；
15.步骤6、对步骤3选择的收集袋和与之连通的支管进行密封处理，然后将步骤3选择的收集袋从与之连通的支管上脱离，从而获得收集的气体；
16.步骤7、重复步骤3至步骤6，当达到下列两个条件中的任意一个条件时，停止收集装置的使用：
17.条件(i)、对锂离子电池的测试工作已经完成；
18.条件(ii)、所有的收集袋均从之连通的支管上脱离。
19.进一步地，所述步骤6具体分为以下子步骤：
20.子步骤6.1、对步骤3选择的收集袋，对过渡管未套在支管外壁面上的部分区域，通过按压方式将其压扁并排走该区域的气体；
21.子步骤6.2、在过渡管被压扁的区域上，沿着外壁进行两圈焊接，从而形成两道密封条，其中第一密封条靠近本体，第二密封条靠近袋口；优选地，本子步骤的焊接方式为电阻焊和超声波焊中的任意一种或上述两种方式的结合；
22.子步骤6.3、在第一密封条和第二密封条之间的区域剪断过渡管，将剩余收集袋连同其内部被密封的产气从与之相连的支管上脱离。
23.本发明的有益效果在于：
24.1、本发明结构简单、制备方便、成本低廉、不影响电池生产测试。本发明的装置仅需要在锂离子电池金属壳体上新增一个连通孔并使该连通孔与收集部件连通，收集部件也仅包括收集管和若干收集袋，且所有连接方式均为组装后焊接，密封能力好，不需要用到胶水，密封部位不会被电解质腐蚀破坏，不会导致内部气体外泄或导致外部空气进入电池内部，不影响金属壳体锂离子电池原有的正常结构形态；焊接密封方式的环境适应性好，耐酸
碱和有机腐蚀，耐高低温，耐振动，能适应锂离子电池各种测试环境；收集部件均为金属铝制成，与锂离子电池的正极集流体铝箔为同一种材料，不存在腐蚀溶解等问题，不在电池内部引入新的物质成分，故不影响电池生产测试。
25.2、本发明具备在金属壳体锂离子电池测试过程多次原位收集和转移产气的能力。本发明测试装置的主管上连通多个支管且每一个支管上均套有一个收集袋，每个测试阶段只其中选择一个收集袋用于气体收集而其他收集袋被夹子夹紧，故能尽可能地将产气都导入被选择的收集袋中；完成单次收集后，对选择的收集袋和与之连通的支管进行密封处理，然后将选择的收集袋从与之连通的支管上脱离，从而获得收集的气体，可将脱离的收集袋连同其内部收集的气体转移进行后续气体成分测试分析。如此循环往复，可以对锂离子电池测试过程的产气进行多次收集，且每次收集切换方便，不存在内部产气泄漏或外部空气侵入风险。
附图说明
26.图1为本发明实施例中金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置的结构剖视图，图中1为内芯，2为金属制成的外壳，3为极耳，4为极柱，5为连通孔，6为收集管，61为主管，62为支管，63为封头，7为收集袋，71为袋装本体，72为过渡管，73为袋口。
27.图2为收集袋7的三维放大图，图中71为袋装本体，72为过渡管，73为袋口。
28.图3为图1中虚线框的剖视放大图，图中62为支管，7为收集袋，71为袋装本体，72为过渡管，73为袋口，8为密封条，81为第一密封条，82为第二密封条。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
30.如图1至图2所示，一种金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，用于在金属壳体锂离子电池测试过程多次收集电池的产气，该装置包括锂离子电池和收集部件，所述锂离子电池由内芯1和用于封装内芯1的金属制成的外壳2以及位于外壳2内部的极耳3、位于外壳2外部的极柱4构成，所述内芯1与极耳3电性连接，所述极耳3和极柱4均与外壳2绝缘，所述极耳3包括正极耳31和负极耳32，所述极柱4包括正极柱41和负极柱42，所述正极耳31和正极柱41电性连接，所述负极耳32和负极柱42电性连接，所述外壳2上设有连通孔5；所述收集部件包括收集管6和若干收集袋7，所述收集管6包括主管61、与主管61连通的若干支管62和封头63，所述封头63设于主管61的一个末端用于密闭主管61且主管61的另一末端伸入连通孔5与外壳2内部空间连通，所述支管62的数目与收集袋7数目相等且每一个支管62上面套有一个收集袋7，图1中为突出支管62，右下角的收集袋7不予显示；所述主管61的外壁和连通孔5的孔壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集袋7包括袋状本体71、过渡管72和袋口73，所述过渡管72的部分区域套在支管62外壁面上，所述袋口73和支管62的外壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集管6和收集袋7均由铝金属制成。
31.优选地，所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，所述支管62的数目大于等于3个。
32.优选地，所述收集袋7在内部不带压力的情况下，其原始壁厚在0.5微米至15微米之间。
33.应用于上述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置的使用方法，分为以下步骤：
34.步骤1、使用夹子将每一个收集袋7的袋状本体71夹紧以使其内部有效容积尽可能地小，然后在锂离子电池制造车间制备和组装产气收集装置；
35.步骤2、对电池进行包括化成，完成电池制作；
36.步骤3、在产气收集装置中留存的收集袋7中，选择1只收集袋7并去除其上的夹子，从而使该选择的收集袋7具备气体收集能力；
37.步骤4、对锂离子电池进行若干测试，并使用步骤3选择的收集袋7收集测试过程的产气；
38.步骤5、暂停锂离子电池的测试；
39.步骤6、对步骤3选择的收集袋7和与之连通的支管62进行密封处理，然后将步骤3选择的收集袋7从与之连通的支管62上脱离，从而获得收集的气体；
40.步骤7、重复步骤3至步骤6，当达到下列两个条件中的任意一个条件时，停止收集装置的使用：
41.条件(i)、对锂离子电池的测试工作已经完成；
42.条件(ii)、所有的收集袋7均从之连通的支管62上脱离。
43.进一步地，所述步骤6具体分为以下子步骤：
44.子步骤6.1、对步骤3选择的收集袋7，对过渡管72未套在支管62外壁面上的部分区域，通过按压方式将其压扁并排走该区域的气体；
45.子步骤6.2、在过渡管72被压扁的区域上，沿着外壁进行两圈焊接，从而形成两道密封条8，其中第一密封条81靠近本体71，第二密封条82靠近袋口73；优选地，本子步骤的焊接方式为电阻焊和超声波焊中的任意一种或上述两种方式的结合；
46.子步骤6.3、在第一密封条81和第二密封条82之间的区域剪断过渡管72，将剩余收集袋7连同其内部被密封的产气从与之相连的支管62上脱离。
47.实施例
48.请参照图1，某额定容量8ah的长方体铝壳锂离子电池，其正极耳31、负极耳32、正极柱41、负极柱42的数目均为1个，正极柱41和负极柱42所处壳体面上设有外径2mm的连通孔5。在锂离子电池生产车间，将收集部件的主管61的一个末端伸入连通孔5内并与外壳2内部空间连通，再将主管61的外壁和连通孔5的孔壁之间通过焊接方式连接并密封，然后正常进行锂离子电池的内芯1入壳、注液、封装、化成和分容等生产工序。本实施例中，支管62和收集袋7的数目为4个，收集袋7在内部不带压力的情况下，其原始壁厚为5微米。装置组装前后，4只收集袋7均被夹子夹住其袋状本体71。
49.本实施例中对该铝壳锂离子电池进行高温循环测试，环境温度恒定为60摄氏度，充放电测试条件为：1c充满电-搁置1小时-1c放电完全-搁置一小时，如此循环200次。需要每循环50次收集一次电池内部产气并进行后续的气体成分分析。
50.以第一次产气收集为例，选取图1中右上角的收集袋7并去除其上的夹子，从而使该选择的收集袋7具备气体收集能力，然后开始对该铝壳锂离子电池进行充放电循环。当完成第50次循环后，暂停锂离子电池的测试。针对选择的收集袋7，对过渡管72未套在支管62外壁面上的部分区域，通过按压方式将其压扁并排走该区域的气体，然后在过渡管72被压
扁的区域上，沿着外壁进行两圈焊接，从而形成两道密封条8，其中第一密封条81靠近本体71，第二密封条82靠近袋口73，如图2所示。最后，在第一密封条81和第二密封条82之间的区域剪断过渡管72，将剩余收集袋7连同其内部被密封的产气从与之相连的支管62上脱离，用于后续的气体成分分析。
51.完成第一次气体收集后，对图1除右上角位置之外的剩余三个收集袋7，选取其中一个，用于收集第51次至第100次循环测试过程的产气。类似这样操作，直至200次测试完成，所有收集袋7均被使用，一共收集得到四次产气，分别对应第1-第50次、第51-第100次、第101-第150次、第151-第200次循环过程的产气。
52.需要指出的是，当测试完成后，可以对主管61上靠近连通孔5的根部位置进行焊接密封，再在该位置将主管61截断，从而将剩余收集部件从电池上断开循环利用，而被断开收集部件的电池不受任何影响且与正常的电池产品无任何差别，可以继续用于其它用途。
53.本实施例提供的装置结构简单、制备方便、成本低廉、不影响电池生产测试，该装置仅需要在锂离子电池金属壳体上新增一个连通孔并使该连通孔与收集部件连通，收集部件也仅包括收集管6和若干收集袋7，且所有连接方式均为组装后焊接，密封能力好，不需要用到胶水，密封部位不会被电解质腐蚀破坏，不会导致内部气体外泄或导致外部空气进入电池内部，不影响金属壳体锂离子电池原有的正常结构形态；焊接密封方式的环境适应性好，耐酸碱和有机腐蚀，耐高低温，耐振动，能适应锂离子电池各种测试环境；收集部件均为金属铝制成，与锂离子电池的正极集流体铝箔为同一种材料，不存在腐蚀溶解等问题，不在电池内部引入新的物质成分，故不影响电池生产测试。本实施例提供的装置及其使用方法具备金属壳体锂离子电池测试过程多次原位收集和转移产气的能力。测试装置的主管上连通多个支管且每一个支管上均套有一个收集袋，每个测试阶段只其中选择一个收集袋用于气体收集而其他收集袋被夹子夹紧，故能尽可能地将产气都导入被选择的收集袋中；完成单次收集后，对选择的收集袋和与之连通的支管进行密封处理，然后将选择的收集袋从与之连通的支管上脱离，从而获得收集的气体，可将脱离的收集袋连同其内部收集的气体转移进行后续气体成分测试分析。如此循环往复，可以对锂离子电池测试过程的产气进行多次收集，且每次收集切换方便，不存在内部产气泄漏或外部空气侵入风险。
技术特征：1.一种金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，用于在金属壳体锂离子电池测试过程多次收集电池的产气，其特征在于，包括锂离子电池和收集部件，所述锂离子电池由内芯(1)和用于封装内芯(1)的金属制成的外壳(2)以及位于外壳(2)内部的极耳(3)、位于外壳(2)外部的极柱(4)构成，所述内芯(1)与极耳(3)电性连接，所述极耳(3)和极柱(4)均与外壳(2)绝缘，所述极耳(3)包括正极耳(31)和负极耳(32)，所述极柱(4)包括正极柱(41)和负极柱(42)，所述正极耳(31)和正极柱(41)电性连接，所述负极耳(32)和负极柱(42)电性连接，所述外壳(2)上设有连通孔(5)；所述收集部件包括收集管(6)和若干收集袋(7)，所述收集管(6)包括主管(61)、与主管(61)连通的若干支管(62)和封头(63)，所述封头(63)设于主管(61)的一个末端用于密闭主管(61)且主管(61)的另一末端伸入连通孔(5)与外壳(2)内部空间连通，所述支管(62)的数目与收集袋(7)数目相等且每一个支管(62)上面套有一个收集袋(7)；所述主管(61)的外壁和连通孔(5)的孔壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集袋(7)包括袋状本体(71)、过渡管(72)和袋口(73)，所述过渡管(72)的部分区域套在支管(62)外壁面上，所述袋口(73)和支管(62)的外壁之间通过焊接方式连接并密封；所述收集管(6)和收集袋(7)均由铝金属制成。2.权利要求1所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，其特征在于，所述支管(62)的数目大于等于3个。3.权利要求1所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，其特征在于，所述收集袋(7)在内部不带压力的情况下，其原始壁厚在0.5微米至15微米之间。4.应用于权利要求1-3任意一项所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置的使用方法，其特征在于，分为以下步骤：步骤1、使用夹子将每一个收集袋(7)的袋状本体(71)夹紧以使其内部有效容积尽可能地小，然后在锂离子电池制造车间制备和组装产气收集装置；步骤2、对电池进行包括化成，完成电池制作；步骤3、在产气收集装置中留存的收集袋(7)中，选择1只收集袋(7)并去除其上的夹子，从而使该选择的收集袋(7)具备气体收集能力；步骤4、对锂离子电池进行若干测试，并使用步骤3选择的收集袋(7)收集测试过程的产气；步骤5、暂停锂离子电池的测试；步骤6、对步骤3选择的收集袋(7)和与之连通的支管(62)进行密封处理，然后将步骤3选择的收集袋(7)从与之连通的支管(62)上脱离，从而获得收集的气体；步骤7、重复步骤3至步骤6，当达到下列两个条件中的任意一个条件时，停止收集装置的使用：条件(i)、对锂离子电池的测试工作已经完成；条件(ii)、所有的收集袋(7)均从之连通的支管(62)上脱离。5.权利要求4所述金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置的使用方法，其特征在于，所述步骤6具体分为以下子步骤：子步骤6.1、对步骤3选择的收集袋(7)，对过渡管(72)未套在支管(62)外壁面上的部分区域，通过按压方式将其压扁并排走该区域的气体；子步骤6.2、在过渡管(72)被压扁的区域上，沿着外壁进行两圈焊接，从而形成两道密
封条(8)，其中第一密封条(81)靠近本体(71)，第二密封条(82)靠近袋口(73)；子步骤6.3、在第一密封条(81)和第二密封条(82)之间的区域剪断过渡管(72)，将剩余收集袋(7)连同其内部被密封的产气从与之相连的支管(62)上脱离。
技术总结本发明提供了一种金属壳体锂离子电池测试过程产气收集装置，包括锂离子电池和收集部件，收集部件包括收集管(6)和若干收集袋(7)，收集管(6)包括主管(61)、与主管(61)连通的若干支管(62)和封头(63)，封头(63)设于主管(61)的一个末端用于密闭主管(61)且主管(61)的另一末端伸入连通孔(5)与外壳(2)内部空间连通，支管(62)的数目与收集袋(7)数目相等且每一个支管(62)上面套有一个收集袋(7)；本发明还提供该装置的使用方法，包括制备和组装产气收集装置、完成电池制作、选择收集袋(7)用作气体收集、对电池进行测试并收集产气、将收集袋(7)从与之连通的支管(62)上脱离等步骤。该装置结构简单、制备方便、密封性好、不影响电池生产测试，其使用方法操作简便，能多次收集产气。能多次收集产气。
技术研发人员：张翮辉 邓畅 常春平 陈莹 左青松
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
