[发明专利]一种用于X射线CT系统的锂电池原位力热耦合加载装置

说明书

本发明涉及一种高低温及压力加载装置，特别涉及一种用于X射线CT系统的锂电池原位力热耦合加载装置，属于X射线CT原位成像领域。本发明的装置包括：支撑架、力学加载轴、测试箱体组成。所述测试箱体由所述支撑架支撑于原有原位试验机中；所述测试箱体通过硅胶软管连接能量箱体，能量箱体由制冷压缩机和制热电机组成，温度控制采用PID自动演算制提供制冷和制热效果。能量箱体测试箱体与能量箱体分离可尽可能减小测试箱体尺寸，提高CT辐射的测试精度。本发明的装置可实现‑40℃‑60℃的环境温度下对锂电池进行200N的力学加载，并在力学和热学加载过程中实现原位CT检测。

技术领域

本发明涉及一种高低温及压力加载装置，特别涉及一种用于X射线CT系统的锂电池原位力热耦合加载装置，属于X射线CT原位成像领域。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，对锂离子电池在极端环境中的性能表现提出了越来越高的要求。由于锂电池在充放电循环中内部极片会发生明显的膨胀与收缩，进而导致相邻电池间的互相挤压与变形。此外，锂电池的使用环境要求它在较宽的温度范围内有良好的性能表现，而极端的高低温环境都会导致锂电池性能的下降以及电池内部结构的改变。因此，研究锂电池在高低温以及压力耦合条件下的劣化与电池内部结构的变形之间的关系变得十分重要，也有助于锂电池服役过程可靠性和耐久性的研究。

X射线CT是研究锂电池内部变形的有力工具，当前X射线原位CT系统多为原位力学加载或原位温度加载，而单独的压力或温度载荷无法还原锂电池所处的真实服役环境，也就无法表征锂电池在力热耦合条件下的内部变形情况。X射线CT系统对被测对象的尺寸有一定的要求，过大的原位加载装置会显著降低成像的质量，而受限的空间尺寸又会对原位温度加载装置的保温能力和温度加载精度造成影响，因此，现有X射线CT原位检测装置很难同时满足力热耦合加载和较高的成像质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决锂离子电池在全温区力热加载条件下内部形貌的表征问题，提供一种用于X射线CT系统的锂电池原位力热耦合加载装置，该装置可实现-40℃-60℃的环境温度下对锂电池进行200N的力学加载，并在力学和热学加载过程中实现原位CT检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于X射线CT系统的锂电池原位力热耦合加载装置，包括：支撑架、力学加载轴、测试箱体组成。所述测试箱体由所述支撑架支撑于原有原位试验机中；所述测试箱体通过硅胶软管连接能量箱体，能量箱体由制冷压缩机和制热电机组成，温度控制采用PID自动演算制提供制冷和制热效果。能量箱体测试箱体与能量箱体分离可尽可能减小测试箱体尺寸，提高CT辐射的测试精度。

进一步的，所述测试箱体为圆柱筒状结构，由柱状外壳、内芯、保温层、热交换器、内部空腔组成。

进一步的，所述测试箱体外壳材料为不锈钢，内芯为铜。

进一步的，所述保温层材料为聚氨酯。

进一步的，所述换热器为螺旋缠绕管式换热器，缠绕在内腔四周。

进一步的，所述不锈钢外壳在侧面设置两个窗口，用于X射线穿透内腔锂离子电池样品，避免箱体外壳对检测精度的影响。

进一步的，所述测试箱体外壳的窗口添加耐热玻璃、陶瓷纤维板或云母板，这些材料在具备一定保温特性的同时具有很低的X射线吸收能力，确保样品的CT检测不被测试箱体的外壳所影响。

进一步的，所述测试箱体在上下两面设置开孔，用于所述原位试验机的加载轴伸入内腔对样品进行夹持、旋转和加载。这种加载方式可实现只针对测试样品的夹持旋转，避免了在测试过程对整个测试箱体的旋转，避免了测试箱体对CT检测精度的影响。

进一步的，所述测试箱体上下面的开孔与所述加载轴间保留间隙，用于所测试锂电池正负极接线的传出，此接线可连接电化学工作站对所测试锂电池进行原位充放电。