[发明专利]可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和该装置的应用

说明书

一种可实时监测电极应力变化的电池装置，包括：金属外壳，由上部金属外壳和下部金属外壳组成；空心圆柱绝缘件，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，金属实心圆柱体，设置于下部绝缘空心圆柱体中，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件；金属垫片，设置于电池组件的下方，并通过外接导线与下部金属外壳形成完整的电池回路；薄膜压力传感器，设置于金属垫片的下方，与外界的数据采集器相连接，采集由金属垫片均匀传递的电极应力变化。本发明还提供采用该装置的电池，该装置可作为电池应力检测设备使用，本装置可对多种类型的电池在不同情况下的充放电过程中电极产生的应力变化进行实时、高灵敏度的监控和原位记录。

技术领域

本发明属于电池和力学技术领域，特别涉及一种可实时监测电极应力变化的电池装置、采用该装置的电池和该装置的应用。

背景技术

传统化石能源的不可持续以及带来的环境问题，使得清洁的新能源发展备受瞩目，近几年来成为研究和投资的热点。新能源发展的一个核心问题是能源的存储，诸多的储能方式里电化学储能占据核心地位，得到最广泛的应用和关注。

其中，锂、钠、钾、镁、铝、锌等离子二次电池，全固态电池和凝胶电池均得到了大量的研究，并在不同领域进行了不同程度的应用。

但是这些由不同电极活性材料组成的电池，在充放电过程中，电极材料的反复体积膨胀/收缩会带来电极材料内部应力的变化，从而造成电极材料的破坏和粉化，造成电池失效；也会带来电极和电解质界面的变化，造成SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜的反复形成，从而会造成电池容量的衰减；

对固态电池和凝胶电池来说，也会带来电极和固态电解质或凝胶电解质之间界面接触情况的变化，从而造成电池内阻变大；等等。

因此，研究电极材料在充放电过程中内部应力的变化，对监控电极材料的膨胀/收缩情况，对研究电极材料的工作和失效机理，对电解质和电极的界面、甚至电极与集流体的界面等研究，都是非常有意义的。

目前对电池电极应力的研究工作主要通过搭建光学平台，使用多束激光系统和设计微型应力测试悬臂来进行，这些研究手段都非常的复杂，花费高昂的费用和时间，同时不能对大块电极的应力演变进行表征，与实际应用距离较远。

因此，有必要提供一种简易和高效的电极应力检测设备来对不同的电池和电极体系进行应力的表征，同时可以在宏观尺度对大块电极进行测试和研究。对电池领域的工业生产、研究和电池安全监控领域来说，具有巨大的实际意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的首要目的在于提出一种可实时监测电极应力变化的电池装置，能够适用多种类电池体系；本发明的第二发明目的在于提出采用本发明装置组装的一种电池；本发明的第三发明目的在于提出该装置的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可实时监测电极应力变化的电池装置，包括：

金属外壳1，由上部金属外壳和下部金属外壳组成；

空心圆柱绝缘件2，由上部绝缘空心圆柱体和下部绝缘空心圆柱体组成，上部金属外壳连接于上部金属外壳内壁与下部金属外壳外壁之间，作为绝缘连接件连接并绝缘隔离上部金属外壳和下部金属外壳，下部绝缘空心圆柱体设置于下部金属外壳中；

金属实心圆柱体3，设置于下部绝缘空心圆柱体中由下部绝缘空心圆柱实现与下部金属外壳的绝缘隔离，其顶部与上部金属外壳电导通，作为连接正负极通路的导电件，同时压实电池组件，所述电池组件设置于金属实心圆柱体3下部，自上而下或自下而上至少包括正极极片4、中间件5和负极极片6，其中中间件5为隔膜或固态电解质或凝胶电解质，最上面的电极极片与金属实心圆柱体3的底部电导通；