一种激活后热电池电堆压力的检测方法与流程

1.本发明属于热电池技术领域，尤其是涉及一种激活后热电池电堆压力的检测方法。


背景技术：

2.热电池是一种比较特殊的一次贮备电池，主要应用于导弹、制导炮弹、火箭弹以及鱼雷等武器系统装备中。其工作原理是利用自身的电点火头或撞针等激活系统引燃加热片，加热片燃烧产生热量并传递给电解质，使原本呈固态的电解质熔融为离子导体，从而激活热电池。对于电性能方面，热电池不仅要求电极材料能够提供足够的活性物质来保证其“工作寿命”，同时也需要合理的设计保证其能够稳定工作。热电池的核心是电堆，电堆作为热电池的关键部件，其结构不仅决定着热电池的电性能，而且还与力学以及安全性息息相关。
3.通常，单体电池按照一定顺序和数量叠加，同时施加一定压力后用紧固件固定组成热电池电堆。单体电池主要由加热片(fe/kclo4)、正极材料、电解质、负极材料以及集流片几部分组成。热电池在激活后内部温度迅速升高，其电堆实际上是处于500℃以上的高温环境中进行工作。在高温环境中，电解质熔化会产生一定的流动性，同时锂硼负极中的活性锂不断从锂硼骨架中析出，析出的活性锂不能及时参与电化学反应，大量积聚于单体电池表面。若热电池电堆内部压力增大，同时伴随复杂多变的应力冲击环境，会进一步造成电解质流动以及负极锂合金溢出，这些现象将导致电池产生电噪音以及短路现象，极大地影响热电池的电性能和安全性。


技术实现要素：

4.本发明要解决的问题是提供一种激活后热电池电堆压力的检测方法，有效的解决在高温环境中，负极中的活性锂不断从骨架中析出，析出的活性锂不能及时参与电化学反应，大量积聚于单体电池表面，热电池电堆内部压力增大，同时伴随复杂多变的应力冲击环境，会进一步造成电解质流动以及负极锂合金溢出，导致电池产生电噪音以及短路现象，极大地影响热电池的电性能和安全性的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.采用上述技术方案，一种激活后热电池电堆压力的检测方法，包括：
7.将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在所述电堆侧面放置一引燃片；
8.在放置所述引燃片后的所述电堆的顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的所述固定件置于压力传感器的顶部；
9.将固定好的所述电堆和所述压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对所述禁锢架进行禁锢；
10.点燃所述引燃片，引燃所述单体片，记录所述压力传感器示数随时间的变化，最终得到热电池的电堆压力。
11.优选地，所述单体片包括铁粉加热片和材料片。
12.更优选地，所述材料片为单片正极材料、单片电解质和单片锂合金负极中的一种或几种。
13.优选地，将单体片按照一定顺序叠加形成电堆的过程中，按照所述铁粉加热片置于底层，所述材料片置于所述铁粉加热片上的顺序层层叠加，形成所述电堆。
14.优选地，将单体片按照一定顺序叠加形成电堆的过程中，按照所述铁粉加热片置于底层，所述单片正极材料、所述单片电解质、所述单片锂合金负极依次放置在所述铁粉加热片上的顺序层层叠加，形成所述电堆。
15.优选地，所述单体片的直径为20-75mm。
16.优选地，所述铁粉加热片的质量范围为0.5-20g，所述单片正极材料的质量范围为0.5-15g，所述单片电解质的质量范围为0.2-8g，所述单片锂合金负极的质量范围为0.1-3.0g。
17.优选地，所述固定件为不锈钢实心圆柱，其直径范围为20-40mm。
18.优选地，所述压力传感器为称重式压力传感器或薄膜式压力传感器。
19.优选地，施加一定压力对所述禁锢架进行禁锢的步骤中，对所述禁锢架实施禁锢的压力范围为50-800kgf。
20.采用上述技术方案，解决了现有技术不能明确热电池激活后电堆压力的变化趋势问题，包括铁粉加热药的压力变化、铁粉加热药燃烧对正负极材料的压力变化以及铁粉加热药燃烧对电解质的压力变化，从而能够根据各组成部分有针对性的解决电解质流动和负极溢出问题。
21.该检测方法进一步帮助指导对热电池的铁粉加热药、正负极材料和电解质进行优化，解决电解质流动以及负极锂合金溢出问题，保证热电池的电性能和安全性。
附图说明
22.图1是本发明实施例1电堆压力的检测实物图像
23.图2是本发明实施例2电堆压力的检测实物图像
24.图3是本发明实施例3电堆压力的检测实物图像
25.图4是本发明实施例4电堆压力的检测实物图像
26.图5是本发明实施例5电堆压力的检测实物图像
27.图6是本发明实施例在压力传感器中电堆压力随时间的变化曲线
具体实施方式
28.下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
29.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“底层”、“顶层”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.一种激活后热电池电堆压力的检测方法，包括：
31.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
32.单体片包括铁粉加热片和材料片，铁粉加热片为激活电堆的热源；材料片为单片正极材料、单片电解质和单片锂合金负极中的一种或几种。
33.将单体片按照一定顺序叠加形成电堆的过程中，按照铁粉加热片置于底层，材料片置于铁粉加热片上的顺序层层叠加，形成电堆；
34.材料片的叠加顺序为单片正极材料、单片电解质、单片锂合金负极依次放置在铁粉加热片上，按照此顺序可以有限次的进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
35.铁粉加热片和材料片的直径均为20-75mm；铁粉加热片的质量范围为0.5-20g，单片正极材料的质量范围为0.5-15g，单片电解质的质量范围为0.2-8g，单片锂合金负极的质量范围为0.1-3.0g。
36.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
37.固定件为不锈钢材质，优选为不锈钢实心圆柱，其直径范围为20-40mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
38.压力传感器为称重式压力传感器或薄膜式压力传感器，均能够检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
39.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
40.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为50-800kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
41.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录压力传感器示数随时间变化的趋势，得到热电池的电堆压力。
42.本发明最大特点是巧妙地利用称重式压力传感器或者薄膜式压力传感器，将激活后的电堆内部压力以精准数字形式呈现出来，解决了现有技术不能够了解热电池激活后电堆压力的变化趋势问题，包括铁粉加热片的压力变化、铁粉加热片燃烧对材料片压力变化等。该检测方法对解决热电池的电解质流动以及负极锂合金溢出问题起到非常重要的指导作用，从而有效保证了热电池的电性能和安全性。
43.下面列举几个具体实施例：
44.实施例1
45.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
46.单体片包括铁粉加热片，铁粉加热片的片数为5片，进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
47.铁粉加热片的直径为32mm，质量为1g，
48.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
49.固定件为不锈钢材质，本实施例中为不锈钢实心圆柱，其直径为30mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
50.压力传感器在本实施例中选用称重式压力传感器，用于检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
51.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
52.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为100kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
53.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录称重式压力传感器示数随时间变化的趋势，得到热电池的电堆压力。如图6电堆压力随时间的变化曲线所示，铁粉加热片在燃烧后压力急剧下降。
54.实施例2
55.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
56.单体片包括铁粉加热片，铁粉加热片的片数为10片，进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
57.铁粉加热片的直径为32mm，质量为1g，
58.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
59.固定件为不锈钢材质，本实施例中为不锈钢实心圆柱，其直径为40mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
60.压力传感器在本实施例中选用称重式压力传感器，用于检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
61.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
62.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为100kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
63.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录称重式压力传感器示数随时间变化的趋势，得到热电池的电堆压力。如图6电堆压力随时间的变化曲线所示，铁粉加热片在燃烧后压力急剧下降，相比实施例1，下降程度更加明显，因此可以证明，当铁粉加热片较多时电堆泄压较快。
64.实施例3
65.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
66.单体片包括铁粉加热片和单片正极材料，铁粉加热片的片数为5片，单片正极材料的片数为15片，按照一片铁粉加热片在底层，三片单片正极材料置于铁粉加热片上的顺序
进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
67.铁粉加热片的直径为32mm，质量为0.8g；单片正极材料的直径为32mm，质量为0.8g。
68.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
69.固定件为不锈钢材质，本实施例中为不锈钢实心圆柱，其直径为30mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
70.压力传感器在本实施例中选用薄膜式压力传感器，用于检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
71.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
72.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为150kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
73.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录薄膜压力传感器示数随时间变化的趋势，得到热电池的电堆压力。如图6电堆压力随时间的变化曲线所示，铁粉加热片和单片正极材料最终的电堆压力大于单纯铁粉加热片，说明正极层厚度增加，即正极发生体积膨胀。
74.实施例4
75.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
76.单体片包括铁粉加热片和单片电解质，铁粉加热片的片数为5片，单片电解质的片数为15片，按照一片铁粉加热片在底层，三片单片电解质置于铁粉加热片上的顺序进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
77.铁粉加热片的直径为32mm，质量为1g；单片正极材料的直径为32mm，质量为1.1g。
78.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
79.固定件为不锈钢材质，本实施例中为不锈钢实心圆柱，其直径为20mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
80.压力传感器在本实施例中选用薄膜式压力传感器，用于检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
81.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
82.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为100kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
83.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录薄膜压力传感器示数随时间变化的趋势，得到
热电池的电堆压力。如图6电堆压力随时间的变化曲线所示，单片电解质压力下降最多，因此可以证明，激活后的热电池电堆中电解质强度最差，最容易发生变形。
84.实施例5
85.s1：将单体片按照一定顺序叠加形成电堆，并在电堆侧面放置一引燃片；其中，
86.单体片包括铁粉加热片和单片电解质，铁粉加热片的片数为5片，单片锂合金负极的片数为15片，按照一片铁粉加热片在底层，三片单片锂合金负极置于铁粉加热片上的顺序进行叠加，形成电堆，在电堆的侧表面粘贴一张引燃片，引燃片为锆粉加热纸，将引燃片引燃后，引发铁粉加热片的燃烧，进而激活电堆进行压力检测。
87.铁粉加热片的直径为32mm，质量为1g；单片正极材料的直径为32mm，质量为0.2g。
88.s2：电堆放置引燃片后，在其顶部和底部分别放置一固定件进行固定，并将底部的固定件置于压力传感器的顶部；其中，
89.固定件为不锈钢材质，本实施例中为不锈钢实心圆柱，其直径为30mm，放置在电堆的上下两个端面上，起到一个固定电堆的作用，再将下端面的不锈钢实心圆柱放置在压力传感器的顶部。
90.压力传感器在本实施例中选用薄膜式压力传感器，用于检测出激活后的热电池电堆压力趋势。
91.s3：将固定好的电堆和压力传感器放置在禁锢架中，施加一定压力对禁锢架进行禁锢；其中，
92.施加一定压力对禁锢架进行禁锢的步骤中，对禁锢架实施禁锢的压力范围为100kgf，确保电堆、固定件和压力传感器在禁锢架中稳定，不会随禁锢架移动或震动而倾斜甚至掉落至禁锢架外部，使得后续步骤中压力传感器能够检测到准确压力变化。
93.s4：点燃引燃片，引燃单体片，记录薄膜压力传感器示数随时间变化的趋势，得到热电池的电堆压力。如图6电堆压力随时间的变化曲线所示，单片锂合金负极的泄压程度略小于单片电解质，因此可以证明，激活后的热电池电堆中锂硼强度较差，较容易发生变形，仅略强于电解质层。
94.以上对本发明的多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。