一种耐高压电池粉末测试池的制作方法

1.本发明涉及一种耐高压锂离子电池粉末热安全性研究装置，尤其是一种耐高压电池粉末测试池。


背景技术：

2.锂离子电池作为一种新型储能电池，以能量密度高、自放电低、存储寿命长、操作安全等特点，在其发展的过程中发挥着重要作用。然而，动力电池的性能随使用次数的增加而衰减，当动力电池性能下降到原性能的80％时，不能达到电动汽车使用标准的动力电池组将大量涌现。如何处理这些从电动汽车上淘汰下来的电池，将会逐渐成为新能源汽车产业发展与环境、资源之间的矛盾，动力电池是否能够有效回收利用将直接影响新能源汽车产业的持续发展和国家节能减排战略的有效实施。
3.目前锂离子电池各种正极材料中三元系正极材料因其含有高价值的钴、镍等，具有很高的回收价值。火法冶金作为废旧锂离子电池资源再生的重要技术手段，其在废旧锂离子电池正极材料解离、有价金属回收及正极活性材料再生等方面有广泛的应用。因此，研究废旧锂离子电池破碎为电池粉末后，在热解过程中粉末的放热曲线，压力和温度的变化曲线以及热解过程中是否会发生热失控对热解法回收废旧锂离子电池至关重要。目前国内外的相关研究主要集中在锂离子电池的热失控机理、过程、以及安全测试等方面，目的主要为从失控机理角度去探索提高锂离子电池安全性能的方法。而关于废旧电池粉末热解过程等方面的研究，尚缺少相关的实验装置。现有的电池粉末测试池不耐高压，操作过程中极易损坏，维修非常困难，订购加工周期达到半年以上，价格昂贵。因此，设计一款可以国产化的耐高压电池粉末测试池至关重要。
4.鉴于以上分析，针对废旧锂离子电池粉末热特性、热安全研究较少的现状，设计一种可以耐高压、不易损坏、维护简单的的实验装置。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提出的问题，本发明的目的在于设计并提供一种耐高压电池粉末测试池，其同时具有耐高压、耐高温、不易损坏、维护简单等特点，使用安全可靠，适用于任何动力电池粉末热特性和热安全性的研究。
6.一种耐高压电池粉末测试池，包括测试池缸体(8)，测试池缸体(8)边缘侧有热电偶插槽(9)，缸体上侧有下端盖(3)，导管(1)下侧设有上端盖(2)，上下端盖由8个螺栓(5)进行固定连接，上端盖(2)上侧设有导管(1)。
7.所述的一种耐高压电池粉末测试池，其特征在于：测试池缸体(8)整体呈圆筒形，壁面较厚，可以保证测试池缸体(8)自身强度，在高温、高压的工作环境中不会损坏。但缸体未必只能设计为圆筒形，也可以设计为长方体形等其它能达到实验要求的形状。
8.所述的一种耐高压电池粉末测试池，其特征在于：热电偶插槽(9)通过焊接的方式固定在测试池缸体(8)外表面，考虑到在实验的过程中测试池缸体(8)内电池粉末量不应超
过缸体容量的2/3，且为防止在多次实验的过程中折断热电偶，将热电偶插槽(9)底端布置在距离测试池缸体(8)底端，缸体高度的1/3位置。当热电偶(如k型热电偶)从热电偶插槽孔插入至底端时，保证热电偶接头测量的温度为试验样品中心的温度。
9.所述的一种耐高压电池粉末测试池，其特征在于：测试池缸体(8)与下端盖(3)通过焊接的方式连接在一起，上端盖(2)通过焊接的方式与导管(1)焊接在一起。上端盖(2)和下端盖(3)均匀的设有多个螺孔，通过螺栓(5)和螺母(6)连接起来，保证缸体内部承受5mpa以上的高压。在上端盖(2)和下端盖(3)之间设有橡胶垫片(4)，增强测试池密封性。螺栓(5)与上端盖(2)、螺母(6)与下端盖(3)之间均设有垫片(7)，可以增大接触面积，保护零件不易损坏，减少所受压力。
10.所述的一种耐高压电池粉末测试池，其特征在于：上端盖(2)设有凸台(11)结构，下端盖(3)设有凹槽(10)结构，通过凹凸型连接固定上下端盖(3)所处位置，并达到增强测试池密封性的效果。其中凸台(11)和凹槽(10)设计为圆角结构，避免在操作过程中损伤零件和实验人员。凹凸台之间设有密封圈，可增强测试池的密闭性能。整个电池粉末测试池通过凹凸型结构连接、密封圈、橡胶垫片(4)和螺栓(5)与螺母(6)连接等多种方式，达到很强的密封性能，使得测试池可以承受较高压力。
11.所述的一种耐高压电池粉末测试池，其特征在于：导管(1)内通过插入铠装热电偶来测量测试池内部的温度值，导管(1)外部通过设置压力计，读取测试池内部的压力值。除此之外，当测试需要在氮气环境下进行时，导管(1)也可以起到输气管的作用。考虑到在实际操作过程中所使用的装置导管(1)较短，无法重复使用，造成成本较高，且配件购买周期长等工程实际问题，在不影响实验效果的前提下将导管(1)长度延长，以降低时间和经济成本。
12.有益效果
13.本发明的一种耐高压电池粉末测试池，与现有的技术相比缸内可以承受超过5mpa的压力，能在700℃及以上的环境温度下稳定工作，热电偶插槽(9)位置设置合理，不易折断，螺栓(5)和螺母(6)的双向连接可以进一步提升整个测试池的密封性，在实验的过程中可以测量缸内电池粉末的温度，也可以测量缸体外表面的温度(用于控制整个缸体的加热功率)，此外还可以在不同当量比的条件下对废旧锂离子电池粉末的热解过程进行分析，具有结构简单、易于调节、安全可靠、实验形式多样和数据采集完整等特点。
附图说明
14.附图用来增强对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
15.图1为本发明一种耐高压电池粉末测试池的结构示意图。
16.图2为本发明一种耐高压电池粉末测试池的局部放大图。
17.图3为本发明一种耐高压电池粉末测试池的主视图。
18.图4为本发明一种耐高压电池粉末测试池的左视图。
19.图5为本发明一种耐高压电池粉末测试池的俯视图。
20.图中：1-导管、2-上端盖、3-下端盖、4-橡胶垫片、5-螺栓、6-螺母、7-垫片、8-测试池缸体、9-热电偶插槽、10-凹槽、11-凸台。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示的一种耐高压电池粉末测试池，包括测试池缸体(8)，测试池缸体(8)边缘侧设有热电偶插槽(9)，缸体上侧有下端盖(3)，下端盖(3)上侧设有上端盖(2)，上下端盖由8个螺栓(5)进行固定连接，上端盖(2)上侧设有导管(1)。
23.测试池缸体(8)整体呈圆筒形，其外径为24mm，内径为18mm，壁厚3mm，保证测试池缸体(8)自身强度，在高温、高压的工作环境中不会损坏。热电偶插槽(9)外径为2mm，内径为1.6mm，壁厚0.2mm。热电偶插槽(9)通过焊接的方式固定在测试池缸体(8)外表面，在实验的过程中测试池缸体(8)内电池粉末量不应超过缸体容量的2/3，且为防止在多次实验的过程中折断热电偶，热电偶插槽(9)底端布置在距离测试池缸体(8)底端，缸体高度的1/3位置，即热电偶插槽(9)底部距离整个测试池缸体(8)下侧16mm。保证热电偶接头测量的温度为试验样品中心的温度。
24.测试池缸体(8)与下端盖(3)通过焊接的方式连接在一起，上端盖(2)通过焊接的方式与导管(1)焊接在一起。上端盖(2)和下端盖(3)均匀的设有8个螺孔，通过螺栓(5)和螺母(6)连接起来，保证缸体内部承受5mpa以上的高压。在上端盖(2)和下端盖(3)之间设有橡胶垫片(4)，增强测试池密封性。
25.螺栓(5)与上端盖(2)、螺母(6)与下端盖(3)之间均设有垫片(7)，可以增大接触面积，保护零件不易损坏，减小所受压力。上端盖(2)设有凸台(11)结构，下端盖(3)设有凹槽(10)结构，通过凹凸型连接固定上下端盖(3)所处位置，并达到增强测试池密封性的效果。其中凸台(11)和凹槽(10)设计为圆角结构，避免在操作过程中损伤零件和实验人员。凹凸台之间设有密封圈，可增强测试池的密闭性能。整个电池粉末测试池通过凹凸台结构、密封圈、橡胶垫片(4)和螺栓(5)与螺母(6)连接等多种方式，达到很强的密封性能，使得测试池可以承受较高压力。
26.导管(1)内通过插入铠装热电偶来测量测试池内部的温度值并具有标定样品的作用，缸体侧面细管内插有k型热电偶，可以用来测量测试池壁面的温度值并具有标定样品温度的作用，以上两个热电偶二选一即可，导管(1)外部通过设置压力计，可以读取测试池内部的压力值。
27.除此之外，当测试需要在氮气环境下进行时，导管(1)也可以起到输气管的作用。考虑到在实际操作过程中所使用的装置导管(1)较短，无法重复使用，造成成本较高，且配件购买周期长等工程实际问题，在不影响实验效果的前提下将导管(1)长度延长，以降低时间和经济成本。
28.当进行废旧锂离子电池粉末的热安全性实验时，按照如下步骤操作：
29.1)将废旧锂离子电池粉末倒入测试池缸体(8)内，粉末体积为测试池体积的2/3；
30.2)把热电偶折成150
°
，将热电偶的测温节点插入热电偶插槽(9)；
31.3)在凹台(10)周围铺设密封圈，下端盖(3)上铺设橡胶垫片(4)后，将上下端盖(3)啮合，使得测试池封闭。通过8对螺栓(5)和螺母(6)锁死整个测试池；
32.4)将导管(1)内部插入铠装热电偶至设计的位置，用于测量在加热的过程中测试池内破碎废旧锂离子电池粉末的温度值。根据实验要求，导管(1)外可通过转换接头接通压力传感器，随时监测缸内的压力值。导管(1)上端可接通氮气管，用于为缸内提供所需的氮气环境；
33.5)实验结束后，待测试池缸体(8)温度降低为室温后，打开测试池，倒出实验后的样品，对测试池进行清洗，以备下次再用。
34.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此将权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。