电池测试装置及电池测试系统的制作方法 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及电池检测的技术领域，尤其涉及一种电池测试装置及电池测试系统。背景技术：2.电池作为电子设备的电源，其性能和质量会直接影响电子设备的运行状态。因此需要对电池进行相应的测试，以检测电池在充放电过程中、受压状态等场景中的变化，从而能够更深入的评估电池的性质与质量。3.随着新材料的开发以及对电化学机理的深入研究，为了在电化学充放电条件下实现对电极材料的结构和形貌无损、实时、高精度的三维观测，就需要利用到先进的微纳尺度观测和实验技术。而高能同步辐射x射线与高通量中子因其对物质具有互补的吸收系数，近年来逐渐发展成为表征多尺度结构变化的有力工具，并在锂二次电池新材料开发以及电化学反应机理研究中得到了广泛的应用，在物理以及化学性质方面实现了对锂二次电池体系更加深入的分析和理解。4.然而目前常见的测试技术都是非原位的，在电极材料转移过程中，样品的结构、形貌和组成等不可避免地会受到破坏，因此需要通过原位同步辐射和中子原位成像表征技术进行更加精确的测试。5.考虑到同步辐射和中子光源的特殊性，研制适用于同步辐射x射线和中子三维断层扫描成像的原位测试微型装置具有重要意义，其能够搭建在中子成像设备上，通过向电池施加压力并检测电池在充放电过程中的变化以进行原位电化学-中子ct成像实验，进而实现对电池样品的电化学性能测试、电池同步应力应变测试以及机械结构变化的原位可视化测试。6.现有技术中，电池测试装置包括主壳体、上压头、下压头、弹簧以及电极组件。电池安装于主壳体内，电池的上端与弹簧抵接，电池下端与下压头连接，弹簧远离电池的一端与上压头连接。在电池测试过程中，其通过移动上压头来挤压弹簧，通过弹簧挤压电池，以对电池产生相应的压力。7.在上述装置使用时，其压力由弹簧产生，但是弹簧所产生的压力非常有限，电池受到的压力可调节范围较小，在对固态电池进行测试时，固态电池中的固态粉末颗粒之间就可能存在不充分接触，导致测试结果的精准度降低。技术实现要素：8.本实用新型的目的在于提供一种电池测试装置及电池测试系统，解决了现有技术中电池的测试过程所受到的压力较小，且可对电池施加的压力上限较低，不利于对固态电池的有效测量，导致测试结果精准度较低的问题。9.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：10.一种电池测试装置，其包括：测试壳和加压机构。加压机构用于与加压设备连接，所述加压机构包括相对设置的第一加压组件和第二加压组件，所述第一加压组件与所述第二加压组件均部分地伸入所述测试壳内并形成用于放置电池的测试腔，所述第一加压组件与所述第二加压组件中一个与所述测试壳固定连接，另一个与所述测试壳滑动连接以通过所述加压设备向所述电池施加压力。11.可选地，所述第一加压组件包括：第一加压杆，一端伸入所述测试壳内，另一端用于与所述加压设备连接；以及第一加压头，设置于所述第一加压杆伸入所述测试壳的一端，所述加压头与所述第二加压组件之间形成所述测试腔。12.可选地，第二加压组件包括：第二加压杆，一端伸入所述测试壳内，另一端用于与所述加压设备连接；以及第二加压头，设置于所述第二加压杆伸入所述测试壳的一端，所述第二加压头与所述第一加压组件之间形成所述测试腔。13.可选地，所述加压机构的外侧壁与所述测试壳的内侧壁形成隔离间隙。14.可选地，所述加压机构还包括：检测件，设置于所述测试壳内并用于检测所述电池受到的压力。15.可选地，所述加压机构设有用于穿设引线并与所述测试腔连通的接线孔，所述引线用于连通所述电池与充放电设备。16.可选地，所述加压机构还包括：封板，设置于所述接线孔以封闭所述接线孔。17.可选地，所述电池测试装置还包括：密封组件，设置于所述测试壳并与所述加压机构相连接，以封闭所述加压机构与所述测试壳之间的间隙。18.可选地，所述密封组件包括：第一密封圈，设置于所述加压机构与所述测试壳之间；第二密封圈，设置于所述第一密封圈与所述加压机构之间；密封压盖，设置于所述加压机构上并与所述第一密封圈及所述第二密封圈分别连接；以及第三密封圈，设置于所述测试壳上并与所述第一密封圈相抵接。19.一种电池测试系统，其包括：如上述任一项所述的电池测试装置；底盘，设置于所述电池测试装置上；以及中子成像谱仪，所述中子成像谱仪的样品基座与所述底盘相连接。20.本实用新型的有益效果：21.在对电池进行测试时，将第一加压组件或第二加压组件与加压设备连接，而其中任一个与测试壳固定，则另一个就可以在加压设备的带动下挤压测试腔内的电池，根据测试的要求，可以通过加压设备产生相应的压力，该压力通过加压机构施加于电池。以此能够对电池进行动态机械压力变化测试，实现电池动态应力变化下的原位测试，且在测试过程中电池承受的压力能够在较大范围变化，且压力的上限值较高，确保固态电池内部的颗粒充分接触，有效提高了测试结果的准确性。22.在对电池进行测试时，通过底盘与样品基座的连接，就可以将测试装置装入中子成像谱仪中，以便于在测试过程中实时对电池的变化进行观测。附图说明23.图1为本实用新型一些实施例中电池测试装置的结构示意图。24.图2为本实用新型一些实施例中电池测试装置的第一加压杆的结构示意图。25.图3为本实用新型一些实施例中电池测试装置的测试壳的结构示意图。26.图中：27.100、测试壳；110、安装槽；120、环形槽；200、第一加压组件；210、第一加压杆；211、固定孔；212、接线孔；213、封板；220、第一加压头；300、第二加压组件；310、第二加压杆；320、第二加压头；400、电池；500、测试腔；600、密封组件；610、第一密封圈；611、密封环；620、第二密封圈；630、密封压盖；640、第三密封圈；700、检测件；800、填缝部；。具体实施方式28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。32.本实用新型提供一种电池测试装置及电池测试系统，用于对电池进行动态机械压力变化测试，实现电池动态应力变化下的原位测试。33.图1为本实用新型一些实施例中电池测试装置的结构示意图。参照图1所示，电池测试装置其包括：测试壳100和加压机构。加压机构用于与加压设备连接，加压机构包括相对设置的第一加压组件200和第二加压组件300，第一加压组件200与第二加压组件300均部分地伸入测试壳100内并形成用于放置电池400的测试腔500，第一加压组件200与第二加压组件300中一个与测试壳100固定连接，另一个与测试壳100滑动连接以通过加压设备向电池400施加压力。34.具体地，测试壳100呈回转体，其采用钛锆合金制成，以形成对中子散射程度较低的截面，便于中子对测试壳100内的电池400进行观测。测试壳100两端的外径可以大于测试壳100中部的外径，其两端分别与第一加压组件200及第二加压组件300连接。35.第一加压组件200可以呈长条形，其一端伸入测试壳100内，另一端则用于与加压设备连接。加压设备可以为液压驱动机构，也可以为其他能够产生较大压力变化的设备，本实用新型不对加压设备的类型做具体限定。第二加压组件300与第一加压组件200相同，在此不再赘述。36.本实用新型中测设的电池400可以为液态电池，也可以为固态电池。固态电池中具有正极材料粉末、负极材料、固态电解质粉末等，通过向固态电池施加充足的压力，使得正极、负极以及电解质三者界面处充分接触，固态电池也就能够充分进行充放电。37.在对电池400进行测试时，先将电池400放入测试腔500内，并将第一加压组件200或第二加压组件300与加压设备连接，而其中任一个与测试壳100固定，则另一个就可以在加压设备的带动下挤压测试腔500内的电池400。38.根据测试的要求，可以通过加压设备产生相应的压力，该压力通过加压机构施加于电池400。以此能够对电池400进行动态机械压力变化测试，实现电池400动态应力变化下的原位测试，以测试电池400的关键电极在充放电过程中，因为电极材料晶格发生脱嵌锂产生体积膨胀而引起的电池压力变化，同时也能够推断电池机械应力行为导致的电池性能衰减的原因。39.而在测试过程中，电池400所承受的压力能够在较大范围内变化，且压力的上限值较高，能够确保固态电池内部的颗粒充分接触，使得电池400能够充分进行充放电测试，以有效提高测试结果的准确性。40.参照图1所示，在本实用新型一些实施例中，第一加压组件200包括第一加压杆210和第一加压头220。第一加压杆210的一端伸入测试壳100内，另一端用于与加压设备连接。第一加压头220设置于第一加压杆210伸入测试壳100的一端，加压头与第二加压组件300之间形成测试腔500。41.参照图1所示，第二加压组件300包括第二加压杆310和第二加压头320。第二加压杆310的一端伸入测试壳100内，另一端用于与加压设备连接。第二加压头320设置于第二加压杆310伸入测试壳100的一端，第二加压头320与第一加压组件200之间形成测试腔500。42.具体地，第一加压杆210可以呈回转体，其截面可以呈t形。第一加压杆210杆状部分插入测试壳100内，其圆块状的部分则用于与加压设备连接，以增大第一加压头220与加压设备的接触面积，以便于计算出电池400所承受的具体压强值，以用于对电池400测试的分析处理。该圆块状部分与测试壳100的端面通过法兰连接，且可以绕测试壳100的周向间隔分布多个螺栓等紧固件，以实现第一加压杆210与测试壳100的固定或相对滑动。43.图2为本实用新型一些实施例中电池测试装置的第一加压杆的结构示意图。参照图1和图2所示，在第一加压杆210伸入测试壳100的一端开设固定孔211，第一加压头220的一端伸入固定孔211内。第一加压头220的一端与第一加压杆210之间可以通过粘接或者焊接或者螺接等方式固定连接。第一加压头220的另一端则伸出固定孔211，且第一加压头220伸出固定孔211一端的外径与第一加压杆210的杆状部分的外径相同，以便于第一加压头220与第二加压头320之间形成空间较大的测试腔500。44.第一加压头220可以采用高机械强度和中子吸收度小的金属材质构成，比如钛锆合金，而第一加压杆210则可以采用钢材构成。第一加压头220的高度可以介于6至15mm之间。在测试过程中，第一加压杆210的移动范围可以介于200至1000μm之间。具体第一加压头220和第一加压杆210内的材质、尺寸等数据，均可以根据实际的测试需要来进行设计，本实用新型不做限定。45.在第二加压头320靠近第一加压头220的端面上可以开设安装槽，以供电池400安装且限制电池400在测试腔500内的移动。第二加压组件300的具体构成与第一加压组件200相同，在此不再赘述。在安装槽内可以设置一个厚度介于20至100μm之间的垫片，以调节电池在安装槽内的高度，避免电池完全处于安装槽内二无法与第一加压头220接触。46.在进行压力加载时，将第二加压杆310通过螺栓和法兰与测试壳100固定连接，而将第一加压杆210与加压设备连接，加压设备就可以通过挤压第一加压杆210来带动第一加压头220移动，第一加压头220就能够挤压电池400，此时第二加压头320受到第二加压杆310的限制保持不动，从而就会使得电池400持续承受较大的压力，以便于顺利对电池400进行测试。47.参照图1所示，在本实用新型一些实施例中，加压机构的外侧壁与测试壳100的内侧壁形成隔离间隙130。具体地，第一加压杆210的杆状部分的外径小于测试壳100的内径，以便于形成隔离间隙130。而第一加压头220的外径与第一加压杆210的外径相同，以此就可以使得测试腔500与测试壳100分隔开，则测试腔500内的电池400也不会与测试壳100接触，从而有效降低了电池400与测试壳100接触而造成短路的可能性，提高了电池400测试过程中的稳定性、安全性以及准确度。在本实施例中，第一加压杆210的杆状部分的外径与测试壳100内径之间的差值介于0.5mm至2mm之间。48.参照图1所示，在本技术一些实施例中，在隔离间隙130中可以设置一个填缝部800，位于第二加压头320的外侧壁，并与测试壳100的内侧壁密封贴紧。在安装电池400时就将填缝部800一并装入测试壳100内，以避免电池粉末颗粒掉入隔离间隙130内，同时也能够增加第一加压头220和第二加压头320相对于电池400的空间束缚压力。填缝部800可以采用对中子速不敏感的材料制成，比如玻璃纤维等。49.参照图1所示，在本实用新型一些实施例中，加压机构还包括检测件700。检测件700设置于测试壳100内并用于检测电池400受到的压力。50.具体地，检测件700可以为传感器，其可以设置在第一加压头220的端面上，也可以设置在第二加压头320的端面上。该传感器可以与测试壳100外部的显示设备连接，连接方式可以为无线通讯连接，也可以设置连接引线。检测件700能够实时检测电池400所承受的压力，并将检测结果通过显示设备实时显示。由于电池的机械压力变化是由于电池充放电过程中电极材料发生脱嵌锂过程引起不同程度体积膨胀引起的，操作人员就可以根据电池400的机械压力参数的变化判断电池400电化学性能退化的原因。51.参照图1和图2所示，在本实用新型一些实施例中，加压机构设有用于穿设引线并与所述测试腔500连通的接线孔212，所述引线用于连通所述电池400与充放电设备。加压机构还包括封板213。封板213设置于接线孔212以封闭接线孔212。52.具体地，在第一加压杆210和第二加压杆310的中部均贯穿设置通孔作为接线孔212，第一加压头220和第二加压头320上也设置对应的通孔与接线孔212连通，以使得接线孔212与测试腔500连通。引线一端通过接线孔212穿入测试腔500内与电池400相连接，引线的另一端与充放电设备连接，以利用充放电设备对电池400进行充放电。53.封板213则可以采用螺栓等紧固件固定在第一加压杆210或第二加压杆310的端壁上，且封板213的横截面积大于接线孔212的横截面积，以有效封闭接线孔212。而封板213可以采用真空封泥的方式封闭接线孔212，以减少空气与电池400接触的可能性，提高测量的准确性。54.参照图1所示，在本实用新型一些实施例中，电池测试装置还包括密封组件600。密封组件600设置于测试壳100并与加压机构相连接，以封闭加压机构与测试壳100之间的间隙。55.具体地，在测试壳100的两端均可以设置密封垫圈等结构构成的密封组件600。密封垫圈与第一加压杆210或者第二加压杆310密封接触，从而封闭测试壳100两端的缝隙，且密封垫圈可以伸入测试壳100内壁，以提高密封效果，减少空气及水分等进入测试壳100内与电池400接触的可能性。56.在本实用新型一些实施例中，密封组件600包括第一密封圈610、第二密封圈620、密封压盖630以及第三密封圈640。第一密封圈610设置于加压机构与测试壳100之间。第二密封圈620设置于第一密封圈610与加压机构之间。密封压盖630设置于加压机构上并与第一密封圈610及第二密封圈620分别连接。第三密封圈640设置于测试壳100上并与第一密封圈610相抵接。57.具体地，第一密封圈610的截面也可以呈t形，其上端通过法兰上的螺栓固定在测试壳100上，其下端则伸入测试壳100内。而第一加压杆210穿过第一密封圈610，且第一加压杆210的杆状部分的外侧壁与第一密封圈610的内侧壁抵紧密封，以此将第一加压杆210与测试壳100之间的间隙密封。58.参照图1所示，在第一密封圈610的上端设置有密封环611，第二密封圈620就设置在密封环611内。第二密封圈620可以为密封胶，其填充于密封环611内。密封环611的开口端由密封压盖630封闭，密封压盖630通过法兰上的螺栓固定在第一密封圈610上，且密封压盖630的下端伸入密封环611内并与凝固的第二密封圈620抵紧，以此将第一加压杆210与第一密封圈610之间的间隙密封。59.图3为本实用新型一些实施例中电池测试装置的测试壳的结构示意图。参照图1和图3所示，在测试壳100的端面上开设有一个环形槽120，第三密封圈640就设置于该环形槽120内。第三密封圈640为胶圈，其上侧伸出环形槽120并与第一密封圈610抵接，以此将第一密封圈610与测试壳100之间的缝隙密封。60.该电池测试系统包括中子成像谱仪、底盘以及如上述任一实施例中的电池测试装置。底盘设置于电池测试装置上。中子成像谱仪的样品基座与底盘相连接。具体地，底盘可以呈圆盘状，其端面上可以设置多个螺栓孔，以便于与样品基座螺栓连接。而样品基座可以进行360°旋转，以便于进行相应三维断层扫描(ct)数据的采集，同时还能够利用中子成像谱仪对电池的三维结构进行原位观测，以精准掌握电池在测试过程中的变化情况。61.在对电池400进行测试时，通过底盘与样品基座的连接，就可以将电池测试装置嵌入中子成像谱仪中，以便于在测试过程中实时对电池400的变化进行观测。62.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。









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