【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料检测领域，具体地说是一种原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置。
技术介绍
1、21世纪以来，为了保护生态环境与应对日益严峻的气候问题，各国均积极地开展清洁能源的开发与应用工作。二次电池由于其高能量密度、低成本、长寿命等优点，被广泛应用于小型电子设备、电动汽车及大规模储能系统中。近年来，消费类电子产品和电动汽车的迅猛发展对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。然而随着电池能量密度的提升，电池材料的热稳定性以及材料之间的热兼容性也会随之降低，从而引发电池的安全问题。近期频频发生电池冒烟、起火甚至爆炸等热失控事故，极大地打击了新能源产业商业化的市场信心。电池的热失控通常都是由于电池系统过热引起的。电池循环过程中的不可逆热不断累积，使电池内部的温度升高，诱发一系列副反应的发生，例如sei分解、电极和电解液之间的反应、隔膜收缩、正极相变等等，副反应产生的热量使电池体系的温度迅速升高。一系列链式反应也随之发生，导致电池的全面热失控。在电池发生自放热的过程中，电池内部的产气行为对整个放热链的发展具有十分重要的意义。因此，剖析电池，尤其是电池内部材料，在升温过程中的产气行为，对深入理解电池热失控机理及后续高安全性电池体系设计开发具有重要的指导意义。
2、目前，对于电池升温过程中的气体测试主要是升温将电池产生的气体收集，再通过连接气相色谱或者质谱进行气体含量、组分等分析。该方法无法对升温过程中的气体进行实时检测，也难以解析不同温度下各气体之间的反应，只能对最终生成气体产物进行检测。通过采用热重—质谱仪联用仪
技术实现思路
1、针对现有技术中对强反应活性和高腐蚀性材料缺少分析手段、无法实时检测及无法准确分析产气组分的问题，本专利技术的目的在于提供原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置。该装置能够同步分析具有高反应活性的电池材料放热过程及其对应的产气行为，能够提供更准确、实时的电池材料升温过程中产气组分及含量信息，为电池材料研究提供了重要参考和可靠依据。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术包括载气单元、样品加热单元、冷却单元及气体采集和分析单元，其中冷却单元包括回流液体收集瓶、蛇形管路及冷阱，所述气体采集和分析单元包括排气管路、质谱仪及计算机，所述蛇形管路的一端通过连接管路a与作为样品升温和气体生成场所的样品加热单元相连，所述载气单元与连接管路a相连通，所述蛇形管路的另一端与冷阱的进口连接，所述冷阱的出口通过连接管路b与质谱仪相连，所述质谱仪与计算机连接，所述连接管路b上连接有与外界环境连通的排气管路；所述蛇形管路上连接有回流液体收集瓶。
4、其中：所述连接管路a上设有三通a，所述载气单元包括气瓶，所述样品加热单元包括arc设备及直通型颗粒过滤器，所述三通a的第一个接口通过管路与arc设备相连、并在所述arc设备与三通a之间的管路上设有直通型颗粒过滤器，所述三通a的第二个接口通过管路与气瓶相连，所述三通a的第三个接口与三通c的第一个接口相连，所述三通c的第二个接口与回流液体收集瓶相连，所述三通c的第三个接口与蛇形管路的一端相连。
5、所述直通型颗粒过滤器与三通a之间的管路上设有微量调节阀。
6、所述气瓶与三通a之间的管路上设有流量计，所述流量计与计算机相连。
7、所述气瓶中的气体种类为氧气、氮气、氩气、一氧化碳、空气中的一种或多种。
8、所述冷阱内设有u型管，所述u型管的两端分别与蛇形管路的另一端及连接管路b相连。
9、所述u型管两侧靠近u型开口的位置通过气管路相连通。
10、所述连接管路b上设有三通b，所述三通b的第一个接口与冷阱的出口相连，所述三通b的第二个接口与排气管路相连，所述三通b的第三个接口与质谱仪相连。
11、所述冷阱中填充有用于冷却的干冰或液氮。
12、所述装置中的连接管路a、连接管路b及用于连接的管路均为1/8的不锈钢管。
13、本专利技术的优点与积极效果为：
14、1.本专利技术可以在一次实验过程中，同步检测电池材料的放热特征及其在升温过程中产生的气体组分。
15、2.本专利技术可以采用的实验样品量上限更高(＜20g)，大大减少了由于样品量过少带来的偶然误差，极大地提升了检测的准确性。
16、3.本专利技术可以测试在高温具有反应性的两种电池材料以及腐蚀性电池材料，扩大了可以测试的样品种类。
17、4.本专利技术通过对锂离子电池中气体的产生行为和反应机理进行分析，对于提高锂离子电池的安全性以及理解电池在高温下的内部反应机理提供指导。
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1.一种原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：包括载气单元、样品加热单元、冷却单元及气体采集和分析单元，其中冷却单元包括回流液体收集瓶(6)、蛇形管路(7)及冷阱(8)，所述气体采集和分析单元包括排气管路(10)、质谱仪(11)及计算机，所述蛇形管路(7)的一端通过连接管路A与作为样品升温和气体生成场所的样品加热单元相连，所述载气单元与连接管路A相连通，所述蛇形管路(7)的另一端与冷阱(8)的进口连接，所述冷阱(8)的出口通过连接管路B与质谱仪(11)相连，所述质谱仪(11)与计算机连接，所述连接管路B上连接有与外界环境连通的排气管路(10)；所述蛇形管路(7)上连接有回流液体收集瓶(6)。
2.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述连接管路A上设有三通A(14)，所述载气单元包括气瓶(1)，所述样品加热单元包括ARC设备(3)及直通型颗粒过滤器(4)，所述三通A(14)的第一个接口通过管路与ARC设备(3)相连、并在所述ARC设备(3)与三通A(14)之间的管路上设有直通型颗粒过滤器(4)，所述三通A(1
3.根据权利要求2所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述直通型颗粒过滤器(4)与三通A(14)之间的管路上设有微量调节阀(5)。
4.根据权利要求2所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述气瓶(1)与三通A(14)之间的管路上设有流量计(2)，所述流量计(2)与计算机相连。
5.根据权利要求2所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述气瓶(1)中的气体种类为氧气、氮气、氩气、一氧化碳、空气中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述冷阱(8)内设有U型管(9)，所述U型管(9)的两端分别与蛇形管路(7)的另一端及连接管路B相连。
7.根据权利要求6所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述U型管(9)两侧靠近U型开口的位置通过气管路(13)相连通。
8.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述连接管路B上设有三通B(15)，所述三通B(15)的第一个接口与冷阱(8)的出口相连，所述三通B(15)的第二个接口与排气管路(10)相连，所述三通B(15)的第三个接口与质谱仪(11)相连。
9.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述冷阱(8)中填充有用于冷却的干冰或液氮。
10.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述装置中的连接管路A、连接管路B及用于连接的管路均为1/8的不锈钢管。
...【技术特征摘要】
1.一种原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：包括载气单元、样品加热单元、冷却单元及气体采集和分析单元，其中冷却单元包括回流液体收集瓶(6)、蛇形管路(7)及冷阱(8)，所述气体采集和分析单元包括排气管路(10)、质谱仪(11)及计算机，所述蛇形管路(7)的一端通过连接管路a与作为样品升温和气体生成场所的样品加热单元相连，所述载气单元与连接管路a相连通，所述蛇形管路(7)的另一端与冷阱(8)的进口连接，所述冷阱(8)的出口通过连接管路b与质谱仪(11)相连，所述质谱仪(11)与计算机连接，所述连接管路b上连接有与外界环境连通的排气管路(10)；所述蛇形管路(7)上连接有回流液体收集瓶(6)。
2.根据权利要求1所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述连接管路a上设有三通a(14)，所述载气单元包括气瓶(1)，所述样品加热单元包括arc设备(3)及直通型颗粒过滤器(4)，所述三通a(14)的第一个接口通过管路与arc设备(3)相连、并在所述arc设备(3)与三通a(14)之间的管路上设有直通型颗粒过滤器(4)，所述三通a(14)的第二个接口通过管路与气瓶(1)相连，所述三通a(14)的第三个接口与三通c(16)的第一个接口相连，所述三通c(16)的第二个接口与回流液体收集瓶(6)相连，所述三通c(16)的第三个接口与蛇形管路(7)的一端相连。
3.根据权利要求2所述原位检测电池材料升温过程中界面产气反应的装置，其特征在于：所述直通型颗粒过滤器(4)与三通a(...
【专利技术属性】
技术研发人员：周新红，张霄虎，
申请(专利权)人：青岛赛锂达储能产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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