CN106340700B - 一种三电极锂空气电池测试模具 - Google Patents

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Abstract

一种三电极锂空气电池测试模具为新型锂空气电池模具。本发明是采用三电极测试方式的测试模具，加入参比电极可以对电池充放电过程中的电极过程进行实时检测和分析。参比电极部件由弹性绝缘片和可以替换的参比探针组合不仅满足不同测试需求并且解决加入参比后壳体的密封问题。其次本发明采用带有螺纹的调控杆可以方便调控装配电池内部压力以控制电池测试内部环境；最后本发明正极带有孔洞和缩口方便压力调节和气体接触并且避免挤压过程中极片发生形变，保证电池测试的正常进行。

Description

一种三电极锂空气电池测试模具
技术领域
本发明为新型锂空气电池模具，特别涉及三电极法测定锂空气电池性能的测试模具。
背景技术
锂空气电池因其高的比能量密度而受到广泛关注，其中对于锂空气电池性能表征的主要手段则是利用电池模具测定其电化学性能。利用电池模具测定其充放电性能以及利用电化学工作站对锂空气电池进行循环伏安测试可以清楚的了解在充放电过程中电池内部所发生的电化学反应，对于分析电池充放电机理具有重要的意义。
与传统的锂离子电池测试模具相比，在锂空气测定过程中需要解决很多问题：电池气路的保证与通气方式对电解液的影响，电池压实的紧密程度，构件的拆卸与组装，以及测定过程中电解液对于负极的影响作用等。目前研究者所采用的测试模具主要为经典的Swagelok电池模具以及在其基础上进行改进的模具。
张新波等人的专利(CN 201310160918.8)设计了具有专用电解液注入通道的电池模具以保证电解液的充分，并采用多条纵横交错的通气孔道以保证气流量。然而无法彻底解决在电池组装过程中残留氩气的排出问题以及气流干扰造成电解液挥发的问题。郭向欣等人的专利(CN 201520126867.1)设计的可以串联和并联的测试模具，能够方便的批量测定电池性能然而其气路的联通对于测定过程的稳定性有一定影响。马忠等人的专利(CN201220197482.0)设计了具有空气腔的电池模具，采用水平进气模式解决了垂直进气带来的气流变化以及电解液的挥发问题，并且可以对出气口的气体进行在线监测以研究电池测定过程的化学反应。然而模具对于电池内部压力的调节并未作出进一步改进。李箭等人的发明专利(CN 201510013797.3)设计了了有专用气路的电池模具可以解决通气所产生的不均匀问题，但是模具采用弹簧压头以确保紧密接触使得压力可控性受到限制。王海辉等人的专利(CN 201310136753.0)采用了正负极电极壳体分别调节的设计改进了电池材料的接触压力问题但是其调节量化控制并未作出说明。
目前所出现的相关模具设计的改进均集中在对于气路的改进以及压力调节方面，并且均为两电极测试模具。本发明提供一种带有参比电极的三电极测试模具并且设计了可调节的气室以实现压力的可控以及气氛的保证，并可以用于对充放电过程以及电极极化过程进行研究。
发明内容
本发明在传统测试模具正负极间加入参比电极以方便进行三电极体系的电化学测试，三电极法可以更好的研究电池充放电过程中的电极极化问题，所加入的参比电极探针可以对电极内反应进行实时监测；其次本发明设计的参比电极部件由弹性绝缘小片和可以替换的参比探针组合不仅满足不同测试需求并且解决加入参比后壳体的密封问题。最后本发明采用螺杆式中心加压的方式保证电池材料的充分可控式接触，并且带有孔洞的正极不仅满足气体接触需求，更进一步避免加压过程中极片发生形变。
一种三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：
壳体a内首先放入锂片作为负极，在锂片上放入一层隔膜后滴加电解液，放入参比电极，将参比电极探针一端置于隔膜上，参比电极引线一端由壳体a上的小孔引出壳体外部，再放入另一片隔膜再次滴加电解液，放入待测材料，将壳体b与壳体a通过螺纹紧密配合，旋动调控杆使得壳体内锂片、隔膜、待测材料相互接触，通过气孔通入氧气待壳体内部充满氧气后关闭气孔。
带有参比电极能进行电极过程测试，参比电极由带有孔洞的绝缘小片和参比探针组成。
缩口根据机械的相关定义是指一种对于管式部件在端口处缩小端口的技术，叫缩口是一种象形叫法。带有外螺纹的调控杆通过螺纹和壳体b连接能拧进出，调控杆一端头部在缩口内能活动但不能出缩口。
更进一步，本发明技术方案如下：1、壳体a，2、壳体b，3、进气口，4、出气口，5、调控杆，6、壳体b，7、锂片，8、隔膜，9、待测材料，10、负极引线，11、参比电极及引线，12、正极引线，13、缩口，14、通气圆孔。
所述壳体a和壳体b通过螺纹紧密配合，壳体a带有负极引线以便接通测试装置；壳体b带有进气孔3和出气孔4。带有缩口13和通气圆孔14的正极壳6与接有正极引线12的带有螺纹的调控杆5通过缩口13间隙配合，缩口处留有调控杆5可以旋转转动的空隙。
所述的壳体a由绝缘壳体和导电金属共同组成，其中绝缘壳体材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯或聚乙烯。导电金属为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
所述的壳体b由绝缘材料制成，其绝缘材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯或聚乙烯。
所述壳体b正面带有两个气孔3和4分别做进气和出气使用，用于接通外气路。
所述气孔3、4由金属材料制成，带有阀门，材料为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
所述正极壳6带有缩口13，缩口用于与调控杆5间隙配合
所述正极壳6带有通气圆孔14，通气圆孔呈环状排列或者放射状排列均匀分部于正机壳表面。
所述正极壳由导电金属材料制成，金属材料为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
所述调控杆5带有螺纹，螺纹的长度为调控杆杆长。
所述调控杆5尾部带有正极引线，正极引线用于接通测试仪器。
所述调控杆5由金属材料制成，金属材料为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
所述参比电极为弧形绝缘小片与参比探针组合，参比电极探针一端置于隔膜间隙处，参比电极引线一端穿过绝缘小片引出壳体a外。
所述参比电极引线可从外拉伸，弧形绝缘小片与壳体a小孔紧密接触以起密封作用。
所述参比电极弧形绝缘小片由绝缘弹性材料制成，材料为聚氨酯，聚四氟乙烯，橡胶。
所述参比电极参比探针为导电材料，其材质根据不同测试需求为探针型锂，探针型钠，探针型铝，探针型银-氯化银(玻璃管密封)。
附图说明
图1为三电极锂空气电池测试模具的剖面结构示意图。
图2为正极壳的正面放大示意图。
图3为参比电极及引线部分的放大三视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述
如图1所示，本发明一种三电极锂空气电池测试模具装置的结构为：1、壳体a，2、壳体b，3、进气口，4、出气口，5、带有螺纹的调控杆，6、带有缩口和通气圆孔的正极壳，7、锂片，8、隔膜，9、待测材料，10、负极引线，11、参比电极及引线，12、正极引线，13、缩口，14、通气圆孔。
1将壳体a开口朝上放置。
2将锂片放入带有负极导线的壳体a中。
3在锂片上方放入玻璃纤维的隔膜并滴入电解液。
4将参比电极11引线一端从壳体a内部小孔引出并将带有探针一端置于隔膜上。
5放入第二片玻璃纤维隔膜，使得参比电极探针位于两层隔膜中间，并在隔膜上滴入电解液。
6在隔膜上方放入待测试材料。
7将正极壳6，调控杆5以及带有进气口和出气口的壳体b的组合体与壳体a组合，并旋转壳体b，使得壳体a与壳体b通过螺纹紧密配合。
8旋转调控杆5直至壳体内部锂片，隔膜，待测试材料相互接触。
9从外部拉伸参比电极引线11保证参比电极绝缘小片完全堵住壳体1上的小孔。
10通过气孔3,4向壳体内部充入氧气，当壳体内部充满氧气后关闭气孔。
11分别将正极引线12，负极引线10以及参比引线11与测试仪器相连接开始测试。

Claims (10)

1.一种三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：
壳体a内首先放入锂片作为负极，在锂片上放入一层隔膜后滴加电解液，放入参比电极，将参比电极探针一端置于隔膜上，参比电极引线一端由壳体a上的小孔引出壳体外部，再放入另一片隔膜再次滴加电解液，放入待测材料，将壳体b与壳体a通过螺纹紧密配合，旋动调控杆使得壳体内锂片、隔膜、待测材料相互接触，通过气孔通入氧气待壳体内部充满氧气后关闭气孔。
2.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：带有参比电极能进行电极过程测试，参比电极由带有孔洞的绝缘小片和参比探针组成。
3.根据权利要求2所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：参比探针的材质为探针型锂，探针型钠，探针型铝，探针型银-氯化银。
4.根据权利要求2所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：参比电极带有孔洞的绝缘小片材质为聚氨酯，橡胶，聚四氟乙烯。
5.根据权利要求2所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：参比电极带有孔洞的绝缘小片横截面形状为菱形或圆形。
6.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：壳体b由导电金属材料制成，金属材料为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
7.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：带有螺纹的调控杆由导电金属材料制成，金属材料为不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、镍合金、钛合金。
8.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：模具壳体a,b由非金属材料制成，非金属材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯或聚乙烯。
9.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：带有螺纹的调控杆与带有孔洞的正极壳通过正极壳上缩口间隙配合。
10.根据权利要求1所述的三电极锂空气电池测试模具，其特征在于：壳体b上分布有通气圆孔作为气体接触壳体内部的通道。
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