CN107026282A - 一种锂离子电池三电极体系及其测试方法 - Google Patents

一种锂离子电池三电极体系及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池三电极体系及其测试方法，包括锥形瓶、电池电芯及其固定安装在电池电芯内的三电极，电池电芯、三电极放置在锥形瓶内，三电极包括在电池电芯正极引伸出的正极极耳、在电池负极引伸出的负极极耳和参比电极极耳，电池电芯由负极片、正极片和间隔于正负极片之间的隔膜卷绕而成，电池电芯的外表面还包覆有一绝缘胶带，参比电极极耳为一引有一导线的金属锂片，电池电芯和三电极经过特定的制备方法完成锂离子电池三电极体系的制备。本发明的优点在于实验装置简单、可操作性强，且通过研究电池在充放电过程中电池正负极电位随容量的变化关系曲线，可以方便研究人员更好地理解电池在充放电过程中正负极发生的电化学反应。

Description

一种锂离子电池三电极体系及其测试方法
技术领域
本发明锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池三电极体系及其测试方法。
背景技术
锂离子电池电化学分析方法通常以电池整体作为研究对象，以研究电池在充放电过程的电化学反应，其优点在于实验及研究方法简单，适用于大批次性的实验分析，其缺点在于难以分析单个电极在电池充放电过程中的电化学反应。
目前，随着锂离子电池各种性能不断提高，需要加深研究人员对正负极材料及在电池正负极上发生的电化学反应，因而，研究人员采用三电极电池作为研究对象。
中国专利CN200997429Y 公开了一种三电极电池，该三电极电池由电池壳体、电池壳内电芯、电池壳内电解液、参比电极和电池壳盖板构成。其中盖板上装有第三极柱，参比电极与第三极柱相连，正极片、负极片以及参比电极相互绝缘，通过电解液形成回路。但是上述三电极电池存在制备方法繁琐、制备时间长、实验准确性及一致性低，及对封装工艺要求高等问题。
鉴于上述情况，寻找一种简单易制的三电极锂电池对研究单个电池电极和电池的正负极材料具有积极作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种简单易制、测试准确性及一致性良好的锂离子电池三电极体系及其测试方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种锂离子电池三电极体系，其创新点在于：包括锥形瓶、电池电芯及其固定安装在电池电芯内的三电极，所述电池电芯、三电极放置在锥形瓶内，包括电池电芯及其固定安装在电池电芯内的三电极，所述三电极包括在电池电芯正极引伸出的正极极耳、在电池负极引伸出的负极极耳和参比电极极耳，所述电池电芯由负极片、正极片和间隔于正负极片之间的隔膜卷绕而成，所述电池电芯的外表面还包覆有一绝缘胶带，所述参比电极极耳为一引有一导线的金属锂片，所述电池电芯和三电极经过特定的制备方法完成锂离子电池三电极体系的制备。
进一步的，所述特定的制备方法为：将三电极固定安装在电池电芯内形成三电极电芯，然后将三电极电芯以负极在下，正极在上的方式放置于锥形瓶内，并将三电极电芯的三个电极极耳引出锥形瓶外，向锥形瓶中滴加适量的电解液，然后用橡胶塞将锥形瓶进行完全密封。
进一步的，所述正极极耳为表面包覆有绝缘胶带的金属铝带，所述正极极耳通过超声焊接的方式与正极极片进行固定连接，所述正极极耳的长度为8-12cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
进一步的，所述负极极耳为表面包覆有绝缘胶带的金属镍带，所述负极极耳通过超声焊接的方式与负极极片进行固定连接，所述负极极耳的长度为12-18cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
进一步的，所述金属锂片的宽度为0.9-1.1cm，厚度为1-2mm，所述导线由5-10根铜丝拧成一股构成，所述铜丝的长度为12-18cm，所述金属锂片表面及铜丝均用绝缘胶带进行包覆，形成测试界面，所述测试界面为金属锂片的截面，所述金属锂片的截面与电芯负极截面对齐。
进一步的，所述锥形瓶为广口锥形瓶，所述锥形瓶高度高于电芯长度，所述锥形瓶瓶口内径大于电芯直径，所述电解液的滴加量为没过电芯负极截面2-4mm处。
本发明的另一个目的是公开一种锂离子电池三电极体系的测试方法，其创新点在于：利用测试柜同时监测电池正极与负极、电池正极与参比电极以及电池负极与参比电极之间的电位随容量的变化关系，完成锂离子电池三电极体系的测试。
本发明的有益效果如下：相比于传统的电池监测手段，本专利提供电池研究方法的优点在于实验装置简单、可操作性强，且通过研究电池在充放电过程中电池正负极电位随容量的变化关系曲线，可以方便研究人员更好地理解电池在充放电过程中正负极发生的电化学反应。
附图说明
图1为本发明的三电极电芯的结构示意图；
图2为本发明的三电极体系的结构示意图；
图3为实施例1两支电池在充电过程电位随容量变化关系图；
图4为实施例1两支电池在放电过程电位随容量变化关系。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1和图2所示，一种锂离子电池三电极体系，包括锥形瓶9、电池电芯1及其固定安装在电池电芯内的三电极，电池电芯1、三电极放置在锥形瓶9内，三电极包括在电池电芯1正极引伸出的正极极耳2、在电池负极引伸出的负极极耳3和参比电极极耳5，电池电芯1由负极片6、正极片7和间隔于正负极片之间的隔膜卷绕而成，电池电芯1的外表面还包覆有一绝缘胶带8，参比电极极耳5为一引有一导线的金属锂片4，电池电芯1和三电极经过特定的制备方法完成锂离子电池三电极体系的制备。
锂离子电池三电极体系的制备方法为：将三电极固定安装在电池电芯1内形成三电极电芯，然后将三电极电芯以负极在下，正极在上的方式放置于锥形瓶9内，并将三电极电芯的三个电极极耳引出锥形瓶9外，向锥形瓶9中滴加适量的电解液，然后用橡胶塞10将锥形瓶9进行完全密封。
正极极耳2为表面包覆有绝缘胶带8的金属铝带，正极极耳2通过超声焊接的方式与正极极片7进行固定连接，正极极耳2的长度为8-12cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
负极极耳3为表面包覆有绝缘胶带8的金属镍带，负极极耳3通过超声焊接的方式与负极极片6进行固定连接，负极极耳3的长度为12-18cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
金属锂片4的宽度为0.9-1.1cm，厚度为1-2mm，导线由5-10根铜丝拧成一股构成，铜丝的长度为12-18cm，金属锂片4表面及铜丝均用绝缘胶带8进行包覆，形成测试界面，测试界面为金属锂片4的截面，金属锂片4的截面与电芯负极截面对齐。
锥形瓶9为广口锥形瓶，锥形瓶9高度高于电芯长度，锥形瓶9瓶口内径大于电芯直径，电解液的滴加量为没过电芯负极截面2-4mm处。
一种锂离子电池三电极体系的测试方法，利用测试柜同时监测电池正极与负极、电池正极与参比电极以及电池负极与参比电极之间的电位随容量的变化关系，完成锂离子电池三电极体系的测试。
实施例1
利用测试柜连接电池正极、负极和参比电极，监测这三者间的两两电位变化，以0.2C的倍率对三电极锂电池进行充放电反应，记录充放电过程中正极及负极在充放电过程中电位随容量的变化关系。以完全相同的方法测试另外一支电池在充放电过程中电位随容量关系。比较两只电池充放电过程中的平台电压，以验证测试准确性。
下图3和图4分别是两支相同的电池在经过相同循环圈数时，充电过程和放电过程正极对负极、正极对参比电极和负极对参比电极的电位随容量变化关系，Q1表示第一支电池，Q2表示第二支电池，并且图3中的X表示正极对参比电极的电位随电容变化曲线，Y表示正极对负极的电位随电容变化曲线，Z表示负极对参比电极的电位随容量变化曲线；图4中的A表示正极对参比电极的电位随电容变化曲线，B表示正极对负极的电位随电容变化曲线，C表示负极对参比电极的电位随容量变化曲线。
由上图3和图4可以看出，在经过相同的充放电循环后，两支相同电池的正极对负极、正极对参比电极以及负极对参比电极的充电过程的平台电压以及放电过程的平台电压基本相同，由此可以说明本发明电化学测试具有准确性和一致性；本方法对已经包装成型的电池也适用，只需将电池电芯取出即可。
相比于传统的电池监测手段，本专利提供电池研究方法的优点在于实验装置简单、可操作性强，且通过研究电池在充放电过程中电池正负极电位随容量的变化关系曲线，可以方便研究人员更好地理解电池在充放电过程中正负极发生的电化学反应。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：包括锥形瓶、电池电芯及其固定安装在电池电芯内的三电极，所述电池电芯、三电极放置在锥形瓶内，所述三电极包括在电池电芯正极引伸出的正极极耳、在电池负极引伸出的负极极耳和参比电极极耳，所述电池电芯由负极片、正极片和间隔于正负极片之间的隔膜卷绕而成，所述电池电芯的外表面还包覆有一绝缘胶带，所述参比电极极耳为一引有一导线的金属锂片，所述电池电芯和三电极经过特定的制备方法完成锂离子电池三电极体系的制备。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：所述特定的制备方法为：将三电极固定安装在电池电芯内形成三电极电芯，然后将三电极电芯以负极在下，正极在上的方式放置于锥形瓶内，并将三电极电芯的三个电极极耳引出锥形瓶外，向锥形瓶中滴加适量的电解液，然后用橡胶塞将锥形瓶进行完全密封。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：所述正极极耳为表面包覆有绝缘胶带的金属铝带，所述正极极耳通过超声焊接的方式与正极极片进行固定连接，所述正极极耳的长度为8-12cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：所述负极极耳为表面包覆有绝缘胶带的金属镍带，所述负极极耳通过超声焊接的方式与负极极片进行固定连接，所述负极极耳的长度为12-18cm，宽度为4-6mm，厚度为0.2-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：所述金属锂片的宽度为0.9-1.1cm，厚度为1-2mm，所述导线由5-10根铜丝拧成一股构成，所述铜丝的长度为12-18cm，所述金属锂片表面及铜丝均用绝缘胶带进行包覆，形成测试界面，所述测试界面为金属锂片的截面，所述金属锂片的截面与电芯负极截面对齐。
6.根据权利要求2所述的一种锂离子电池三电极体系，其特征在于：所述锥形瓶为广口锥形瓶，所述锥形瓶高度高于电芯长度，所述锥形瓶瓶口内径大于电芯直径，所述电解液的滴加量为没过电芯负极截面2-4mm处。
7.一种如权利要求1所述的锂离子电池三电极体系的测试方法，其特征在于：利用测试柜同时监测电池正极与负极、电池正极与参比电极以及电池负极与参比电极之间的电位随容量的变化关系，完成锂离子电池三电极体系的测试。
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