电芯原位体积测试——电芯化成、过充、过放情况下体积变化
原位体积测试概述
电芯在充放电过程中会产生气体，通过实时采集气体可以分析电芯的性能测试状况，包括气体生成速率和总量。目前采用的检测方法是“排水法”，即通过测量逸出的液体体积和单位时间内的逸出量来计算气体产生的总量和速率。然而，由于表面张力的影响以及气候干燥条件和容器壁的粗糙度等因素的影响，这种方法容易导致检测结果不准确。此外，以往的技术方法只能单次或多次测量电芯体积以记录数据，无法实时监控电芯在测试过程中的气体产生量变化，例如在存储和充放电过程中的气体产生量变化。为解决这些问题，需要开发更高效准确的检测方法，例如采用原位体积测试技术，能够实时监测电芯中气体的产生量和变化趋势，提高检测精度和准确性。
结构
本设备由高精度力学传感器、水浴循环控温系统、数据处理软件、充放电设备构成。
工作原理
本设备的主要作用是测量电芯体积变化情况，设备配备了水浴循环器，以控制水温在恒定范围内，确保电芯处在一个稳定的温度条件下，设备采用高精度力学传感器，悬挂电芯进行充放电操作，记录其在充放电过程中的力学变化，通过数据处理软件，设备根据阿基米德浮力原理反算出电芯体积变化情况，可用于内部结构变化，对电芯的研究和开发具有重要意义，有助于深入了解电芯性能和特性，为电芯优化提供重要参考。同时，设备具有高精度和稳定性，可为电芯生产和质量控制提供强有力的保障。
应用方向
1、LFP体系电芯过充产气体积分析
在LFP体系电芯的实验中，我们可以通过实时监控产气体积的变化来研究电芯在充放电过程中的性能表现。特别是在过充实验中，由于电芯内部的反应失控，会产生大量气体，导致电芯容积发生变化。因此，通过记录电芯容积随着充电过程的变化，我们可以探究电芯产气量的变化情况，并且可以明确过充时产气量的拐点位置。这样的研究方法可以帮助我们更深入地了解电芯的性能表现，并为电池安全性能的提升提供参考。
2、不同充放电体系膨胀体积变化情况
三款不同体系电芯的体积变化曲线，这三款电芯分别是LFP、LCO和NCM体系电芯。通过对这三款电芯的体积变化曲线进行分析，可以发现它们在充放电过程中的体积变化存在着明显的差异。其中，LFP体系电芯在充电过程中会出现一个明显的“驼峰”现象，而LCO和NCM体系电芯则没有这种现象。此外，NCM电芯在充电恒压阶段会出现体积稍微减小的趋势。通过对这些体积变化现象的差异进行对比，可以为锂电研发人员提供一种原位表征电芯体积膨胀性能的方法，同时也能为研究特定体系电芯的体积膨胀性能时提供数据机理参考。这些研究成果对于锂电池的性能提升和安全性能的提高具有一定意义。
3、不同温度下存储产气体积变化
在高温条件下，NCM电芯的产气量和体积变化会随着存储时间的增加而逐渐增加，这会对电池性能和安全性产生重要影响。通过原位体积测试方法，可以连续监控电芯在不同存储条件下的产气行为，以获得产气的起始点和最大点，这对锂电池研发人员来说非常重要。在70℃条件下，NCM电芯的总产气量较小，体积变化百分比约6%；而在85℃条件下，存储4小时后，单个包覆材料的总产气量达到2.4mL，体积变化百分比约46%。这些数据对研究NCM电芯的体积膨胀性能以及设计更安全的电芯具有重要意义，有助于研发人员针对性地开展下一步的工作。
