CN107785625B - 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系 - Google Patents

一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系 Download PDF

Info

Publication number
CN107785625B
CN107785625B CN201610791524.6A CN201610791524A CN107785625B CN 107785625 B CN107785625 B CN 107785625B CN 201610791524 A CN201610791524 A CN 201610791524A CN 107785625 B CN107785625 B CN 107785625B
Authority
CN
China
Prior art keywords
annular
square
plate
positive
negative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610791524.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107785625A (zh
Inventor
曾怡
陈坤
朱阳阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wu Weiyue
Original Assignee
BEIJING WANYUAN INDUSTRY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING WANYUAN INDUSTRY CO LTD filed Critical BEIJING WANYUAN INDUSTRY CO LTD
Priority to CN201610791524.6A priority Critical patent/CN107785625B/zh
Publication of CN107785625A publication Critical patent/CN107785625A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107785625B publication Critical patent/CN107785625B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明属于二次电池的电化学性能检测技术领域，具体涉及一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系，目的是利用已知的锂电池材料作为参比电极，甚至可利用待测的极片本身作为参比进行特定的电化学实验，不需要额外增加控制手段和工序。本发明包括环形负极片、方形负极片、方形正极片、环形正极片和隔膜。本发明的优点是：(1)采用现有成熟的软包电池叠片与封装工艺，简易方便，极片的尺寸和形状可任意定制，无需增加复杂的加工设备；(2)参比电极的材料选择广泛，不仅仅局限于金属锂，参比电极的环境控制要求没有金属锂严格，与工作电极的环境控制保持一致即可；(3)可以大批量重复制作，可增加测试的统计学意义，增加数据的可信度。

Description

一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系
技术领域
本发明属于二次电池的电化学性能检测技术领域，具体涉及一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系。
背景技术
为了研究电池中正负电极的性能，尤其是电池的动力学特性，常常在电池体系中引入第三极作为参比电极。由于参比电极不参与电化学反应，不发生极化，电位稳定，因此可利用其监测或控制工作电极与参比电极间的相对电位差做大量的电化学测试，对于获得电极的动力学参数是很好的辅助。
现有的制作三电极检测体系的方法往往是通过金属锂辅助”模拟全电池”来进行的。金属锂质地柔软，化学性质活泼，痕量的水分，氧气，氮气，二氧化碳都会与其发生反应，在表面形成杂质，使其电化学电位偏离真实的金属锂电位。其表面的杂质可能会发生更深的副反应，从而影响电解液的成分，恶化工作电极和对电极的性能。因此使用金属锂作为参比电池需要非常严格的环境控制和操作技术。
大部分的三电极体系都是基于 “模拟全电池”进行测试的，这意味着在测试体系中只有单片的小尺寸正极或负极存在，但是单极片在“模拟全电池”中所处的环境与实际产品中极片所处的环境并不完全一致。比如，“模拟全电池”是富液状态的，而实际产品是贫液状态的，“模拟全电池”中各电极之间的间隙较大，而实际产品中正负极与隔膜紧密接触，间隙较小。因此“模拟全电池”不能真实反映实际产品中电极的电化学表现，能够真实反映实际产品而不只是“模拟全电池”的技术显得尤为重要。
此外，在“模拟全电池”中，参比电池通常是放置在正负极片中间，由此带来坏处是，参比电池会阻挡一部分锂离子的迁移通道，同时会增加组装电池的难度，影响三电极体系制作的成功率与重现性。
综上，现有的三电极电池体系还存在环境要求苛刻，操作困难，成功率不高等缺陷，更大的缺陷是不能真实反映电池成品中正负极的电化学性能。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明提供了一种制作简易，具有高度重复性的能够实时检测成品电池电化学性能的四电极锂离子电池体系。该体系可利用已知的锂电池材料作为参比电极，甚至可利用待测的极片本身作为参比进行特定的电化学实验，不需要额外增加控制手段和工序。
本发明是这样实现的：
一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系，包括环形负极片1、方形负极片2、方形正极片3、环形正极片4和隔膜5；
环形负极片1和环形正极片4都是“回”字形状，环形负极片1和环形正极片4的中心线是重合的，环形负极片1的外部轮廓大于环形正极片4的外部轮廓，环形负极片1的内部框架小于环形正极片4的内部轮廓，目的是保证负极片可以完全盖住正极片；方形负极片2和方形正极片3都是方形结构，方形负极片2尺寸小于环形负极片1的内轮廓尺寸，方形正极片3尺寸小于方形负极片2的尺寸，目的是保证方形全电池的负极片能完全盖住正极片；
将正负极环形和方形极片交替堆叠成电芯；叠片的顺序是“-环形负极片1-隔膜5-方形负极片2-隔膜5-环形正极片4-隔膜5-方形正极片3-隔膜5-”，按此顺序周期性叠片完成；叠片过程中，保证环形负极片1完全盖住环形正极片4，方形负极片2完全放置于环形负极片1内部框架中间，方形正极片3完全被方形负极片2盖住，任何正负极之间绝缘；
电芯按照现有技术中的软包锂离子电池的制作流程，进行极耳焊接，入壳，顶侧封，烘烤，注液，预封，静置后，将环形全电池接入化成装置，化成结束后，进行0.2-0.5C充电，控制环形全电池的荷电量为50%。
如上所述的环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，粘结剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度15mg/cm2~40mg/cm2，环形负极片1和方形负极片2的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂质量占所述配方质量总合的比例为1%~10%，极片的涂布面密度5mg/cm2~20mg/cm2。
本发明的有益效果是：
本发明包括环形负极片、方形负极片、方形正极片、环形正极片和隔膜。相比现有技术，本发明的优点是：（1）采用现有成熟的软包电池叠片与封装工艺，简易方便，极片的尺寸和形状可任意定制，无需增加复杂的加工设备；（2）参比电极的材料选择广泛，不仅仅局限于金属锂，参比电极的环境控制要求没有金属锂严格，与工作电极的环境控制保持一致即可；（3）可以大批量重复制作，可增加测试的统计学意义，增加数据的可信度；（4）参比电池与工作电极空间上互不干扰，参比电极不影响极化回路的电流，同时参比电极与工作电极距离小，溶液补偿电阻小，工作电极的电位控制精确；（5）方形全电池的尺寸和叠片层数可以设计成电池成品相同的参数，利用该发明技术，可检测与成品电池的电化学表现，而不仅仅是“模拟全电池”的性能，对于分析全电池的循环寿命，正负极极化特性，正负极容量比等电化学参数具有最真实的体现。
附图说明
图1为环形全电池和方形全电池极片结构示意图；
图2为四电极锂离子电池体系叠片工序侧面示意图；
图3 为四电极锂离子电池体系结构俯视剖面图；
图4 为使用本发明进行测试后正负极相对参比电极的电压曲线图；
图5为使用本发明进行测试后正负极相对金属锂的电压曲线图；
图6为使用本发明技术测试不同充放电倍率时正极电位曲线图；
图7位使用本发明技术测试不同充放电倍率时负极电位曲线图。
其中：1.环形负极片，2.方形负极片，3.方形正极片，4.环形正极片，5.隔膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
实施例一：
环形正极片4和方形正极片3均采用磷酸铁锂材料，环形负极片1和方形负极片2均采用石墨材料，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，粘结剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度15mg/cm2~40mg/cm2，环形负极片1和方形负极片2的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度5mg/cm2~20mg/cm2。
按照图1所示，将极片冲切成环形结构和方形结构，环形负极片1和环形正极片4都是“回”字形状，环形负极片1和环形正极片4的中心线是重合的，环形负极片1的外部轮廓大于环形正极片4的外部轮廓，环形负极片1的内部框架小于环形正极片4的内部轮廓，目的是保证负极片可以完全盖住正极片。方形负极片2和方形正极片3都是方形结构，方形负极片2尺寸小于环形负极片1的内轮廓尺寸，方形正极片3尺寸小于方形负极片2的尺寸，目的是保证方形全电池的负极片能完全盖住正极片。
按图2所示将正负极环形和方形极片交替堆叠成如图3所示的电芯。叠片的顺序是“-环形负极片1-隔膜5-方形负极片2-隔膜5-环形正极片4-隔膜5-方形正极片3-隔膜5-”，按此顺序周期性叠片完成。叠片过程中，保证环形负极片1完全盖住环形正极片4，方形负极片2完全放置于环形负极片1内部框架中间，方形正极片3完全被方形负极片2盖住，任何正负极之间绝缘。
电芯按照现有技术中的软包锂离子电池的制作流程，进行极耳焊接，入壳，顶侧封，烘烤，注液，预封，静置后，将环形全电池接入化成装置，化成结束后，进行0.2-0.5C充电，控制环形全电池的荷电量为50%。
根据文献知道，或者通过扣式半电池测试得知，磷酸铁锂具有很长的相对锂的电压平台，选择磷酸铁锂的荷电量为50%可以保证磷酸铁锂电极的电位稳定在3.4V （vsLi）。以环形全电池的正极作为参比电池，可以检测方形全电池在0.2C充放电过程中正负极的电位变化，如图4所示。经过简单的数学计算，即可得方形全电池在充放电过程中正负极相对金属锂的电位，如图5所示。通过图5，可以判断出在全电池放电过程中正极极化程度较小，在充电过程中负极的电位并没有达到0伏，也就意味着负极的过量系数是安全的。
实施例二：
环形正极片4选用磷酸铁锂材料，环形负极片1选用石墨材料。环形正极片4的配方包含活性材料，导电剂，和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，粘结剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度15mg/cm2~40mg/cm2。环形负极片1的配方包含活性材料，导电剂，和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度5mg/cm2~20mg/cm2。
按照图1所示，将极片冲切成环形结构。按照图1所示，将极片冲切成环形结构和方形结构，环形负极片1和环形正极片4都是“回”字形状，环形负极片1和环形正极片4的中心线是重合的，环形负极片1的外部轮廓大于环形正极片4的外部轮廓，环形负极片1的内部框架小于环形正极片4的内部轮廓，目的是保证负极片可以完全盖住正极片。
方形正极片3是待测材料，方形负极片2采用的是硬碳材料，方形正极片3的配方包含活性材料，导电剂，和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，粘结剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度15mg/cm2~40mg/cm2，方形负极片2的配方包含活性材料，导电剂，和粘结剂，环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度5mg/cm2~20mg/cm2。
按照图1所示，将极片冲切成方形结构。方形负极片2和方形正极片3都是方形结构，方形负极片2尺寸小于环形负极片1的内轮廓尺寸，方形正极片3尺寸小于方形负极片2的尺寸，目的是保证方形全电池的负极片能完全盖住正极片。
按图2所示将正负极环形和方形极片交替堆叠成如图3所示的电芯。叠片的顺序是“-环形负极片1-隔膜5-方形负极片2-隔膜5-环形正极片4-隔膜5-方形正极片3-隔膜5-”，按此顺序周期性叠片完成。叠片过程中，保证环形负极片1完全盖住环形正极片4，方形负极片2完全放置于环形负极片1内部框架中间，方形正极片3完全被方形负极片2盖住，任何正负极之间绝缘。
电芯按照现有技术中的软包锂离子电池的制作流程，进行极耳焊接，入壳，顶侧封，烘烤，注液，预封，静置后，将环形全电池接入化成装置，化成结束后，进行0.2-0.5C充电，控制环形全电池的荷电量为50%。
根据文献知道，或者通过扣式半电池测试得知，磷酸铁锂具有很长的相对锂的电压平台，选择磷酸铁锂的荷电量为50%可以保证磷酸铁锂电极的电位稳定在3.4V （vs Li）。以环形全电池的正极作为参比电池，可以检测方形全电池在不同充放电倍率时正负极电位曲线，如图6和图7所示。从图中可以看出，随着充放电倍率的增加，正负极的极化程度也在增加，恒压充电阶段的曲线由低倍率时的平台逐渐变为斜线，说明在高倍率恒压阶段，正负极并不是完全扩散控制的。负极在高倍率充电时，电位最低点约0.34V，远高于0V，说明进行此倍率充电是安全的。

Claims (2)

1.一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系，其特征在于：它包括环形负极片1、方形负极片2、方形正极片3、环形正极片4和隔膜5；
环形负极片1和环形正极片4都是“回”字形状，环形负极片1和环形正极片4的中心线是重合的，环形负极片1的外部轮廓大于环形正极片4的外部轮廓，环形负极片1的内部框架小于环形正极片4的内部轮廓，目的是保证负极片可以完全盖住正极片；方形负极片2和方形正极片3都是方形结构，方形负极片2尺寸小于环形负极片1的内轮廓尺寸，方形正极片3尺寸小于方形负极片2的尺寸，目的是保证方形全电池的负极片能完全盖住正极片；
将正负极环形和方形极片交替堆叠成电芯；叠片的顺序是“-环形负极片1-隔膜5-方形负极片2-隔膜5-环形正极片4-隔膜5-方形正极片3-隔膜5-”，按此顺序周期性叠片完成；叠片过程中，保证环形负极片1完全盖住环形正极片4，方形负极片2完全放置于环形负极片1内部框架中间，方形正极片3完全被方形负极片2盖住，任何正负极之间绝缘；
电芯按照现有技术中的软包锂离子电池的制作流程，进行极耳焊接，入壳，顶侧封，烘烤，注液，预封，静置后，将环形全电池接入化成装置，化成结束后，进行0.2-0.5C充电，控制环形全电池的荷电量为50%。
2.根据权利要求1所述的简易的软包四电极锂离子电池测试体系，其特征在于：所述的环形正极片4和方形正极片3的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例为80%~98%，导电剂的比例为1%~10%，粘结剂的比例为1%~10%，极片的涂布面密度15mg/cm2~40mg/cm2，环形负极片1和方形负极片2的配方包含活性材料、导电剂和粘结剂，活性材料的比例80%~98%，导电剂的比例1%~10%，粘结剂的比例1%~10%，极片的涂布面密度5mg/cm2~20mg/cm2。
CN201610791524.6A 2016-08-31 2016-08-31 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系 Active CN107785625B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610791524.6A CN107785625B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610791524.6A CN107785625B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107785625A CN107785625A (zh) 2018-03-09
CN107785625B true CN107785625B (zh) 2019-12-20

Family

ID=61451284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610791524.6A Active CN107785625B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107785625B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511788A (zh) * 2018-03-29 2018-09-07 东莞市智盈新能源有限公司 一种高倍率三元体系启停锂离子电池及其制备方法
CN109975381A (zh) * 2019-02-28 2019-07-05 江苏中兴派能电池有限公司 一种快速评测锂离子电池正负极材料电化学性能的方法
CN112526357B (zh) * 2020-11-25 2023-04-18 上海空间电源研究所 一种锂离子电池功率匹配性评价方法
CN114628769A (zh) * 2022-02-24 2022-06-14 四川国创成电池材料有限公司 一种四电极软包锂电池、其制备方法和测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1383229A (zh) * 2001-04-25 2002-12-04 艾立可能源有限公司 锂聚合物电池的充、放电用夹具
CN102197513A (zh) * 2008-10-23 2011-09-21 株式会社Lg化学 用于电池单元组件的互连装置
CN103367699A (zh) * 2012-04-06 2013-10-23 盐城中威客车有限公司 一种纯电动客车大功率高容量锂电池
CN105493336A (zh) * 2014-01-10 2016-04-13 罗伯特·博世有限公司 具有多个电化学电池组电池并具有用于测量两个不同的电池组电池的两个电池电流之间的差的设备的电池组包

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5216068B2 (ja) * 2010-10-29 2013-06-19 三菱重工業株式会社 二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1383229A (zh) * 2001-04-25 2002-12-04 艾立可能源有限公司 锂聚合物电池的充、放电用夹具
CN102197513A (zh) * 2008-10-23 2011-09-21 株式会社Lg化学 用于电池单元组件的互连装置
CN103367699A (zh) * 2012-04-06 2013-10-23 盐城中威客车有限公司 一种纯电动客车大功率高容量锂电池
CN105493336A (zh) * 2014-01-10 2016-04-13 罗伯特·博世有限公司 具有多个电化学电池组电池并具有用于测量两个不同的电池组电池的两个电池电流之间的差的设备的电池组包

Also Published As

Publication number Publication date
CN107785625A (zh) 2018-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107785625B (zh) 一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系
CN111082173B (zh) 一种基于预防析锂的锂离子电池快速充电方法
US11824172B2 (en) Method and system for producing nonaqueous electrolyte secondary battery
CN103149192B (zh) 一种用于非水体系的原位电化学-拉曼联用测试装置
CN106908737B (zh) 一种基于电化学反应机理仿真的锂离子电池寿命预测方法
CN113138345B (zh) 一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法
CN208460908U (zh) 用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池
CN106124996A (zh) 一种锂离子电池单体的一致性判定方法及装置
CN106532107A (zh) 一种试验用的锂离子扣式全电池及其制作方法
CN108267693B (zh) 一种锂电池正极材料高温存储性能的快速评价方法
CN106199451A (zh) 一种测试锂离子电池磷酸亚铁锂正极片最优压实密度的方法
CN111928805A (zh) 一种硅基负极材料的膨胀率的测试分析方法
CN107677712A (zh) 一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法
CN202949008U (zh) 一种锂离子电池的三电极装置
CN113991198A (zh) 一种锂离子电池电解液浸润检测方法
CN111129432A (zh) 新型锂离子电池工业用无损检测的参比电极和三电极体系及方法
CN112557931A (zh) 金属锂电池健康程度的检测装置及方法
CN111123111B (zh) 一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法
CN105158570A (zh) 一种简便的固体电解质电导率测试方法
CN117169058A (zh) 一种锂离子电池的浸润性的判定方法
CN115172745B (zh) 一种获取负极活性材料的方法及负极极片和锂离子电池
CN103760212A (zh) 一种磷酸铁锂正极材料循环寿命快速检测的方法
CN111092258A (zh) 一种纽扣式锂离子电池及其制作方法
JP2015032572A (ja) 電池の劣化分析方法
CN113740404B (zh) 一种无损评估锂电池电极中锂钴摩尔比的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221020

Address after: No.8, Huancheng Road, Fengcheng Town, Tianzhu County, Qiandongnan Miao and Dong Autonomous Prefecture, Guizhou 556600

Patentee after: Wu Weiyue

Address before: 100176 Aerospace Science Park, No. 6, Jinxiu Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing

Patentee before: BEIJING WANYUAN INDUSTRY Co.,Ltd.