CN107807164A - 一种原位三电极测试系统 - Google Patents

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郑媛媛
靳承铀
薛驰
缪永华
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Abstract

本发明公开了一种原位三电极测试系统，包括惰性气体环境密封装置、三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备，所述三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备放置在惰性气体环境密封装置内端部，所述三电极装置分别与电压测试设备、电池测试设备进行连接，所述电池测试设备和电压测试设备与数据采集设备进行连接。本发明解决了三电极测试遇到的关键问题，杜绝三电极装置2受外界水氧的影响而发生电解液及锂参比电极变性的问题；本发明使用一体锂参比电极，避免了锂参比电极与导线接触不良、引起副反应等问题导致数据测试不准。

Description

一种原位三电极测试系统
技术领域
本发明涉及一种测试系统，具体涉及一种原位三电极测试系统。
背景技术
汽车电动化已经成为不可逆转的趋势，锂离子电池借此机遇获得了快速的发展。行业内对锂离子电池性能提升研究不断加强，包括材料、设计及工艺都取得了长足进步，在失效分析领域，各种分析方法不断成熟，其中最有效的分析方法当属三电极测试，但是该种方法需要引入第三参比电极，需要对电池结构改进进行较大改进，并且参比电极一般使用金属锂，易于水氧反生反应，对电池的密封性要求很高。
从调研的专利来看，三电极的设计方案都集中在三电极本身的制作方面，且存在制造工艺复杂、装置密封性差等问题，如专利申请号201220593802.4所述的三电极装置，需要在电池壳体上重新开口，并附加螺栓等结构件，制造工艺复杂，并且参比电极必须经过二次连接，测试准确性差；如专利申请号201520017040.2所述的三电极装置，以电池铝壳作为参比电极，金属铝表面有氧化膜，在电解液中界面稳定性差，参比电极电位不稳定，从而导致测试数据不准确。总结调研所得的三电极装置，其都存在制造过程复杂、密封性不好以及参比电极与外接导线二次连接不可靠的问题，在测试过程中会出现锂参比电极氧化、电解液变质及测试数据抖动大的问题，导致测试数据准确性不佳，不具备分析价值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种原位三电极测试系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种原位三电极测试系统，其创新点在于：包括惰性气体环境密封装置、三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备，所述三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备放置在惰性气体环境密封装置内端部，所述三电极装置分别与电压测试设备、电池测试设备进行连接，所述电池测试设备和电压测试设备与数据采集设备进行连接。
进一步的，所述三电极装置包括正负极极片、隔膜卷绕而成的电芯、锂参比电极和电解液，所述电芯和锂参比电极同时浸入电解液中形成离子通路，所述锂参比电极为单一锂带，所述三电极装置设置有三个外接电极，所述三个外接电极分别为正极、负极和参比电极。
进一步的，所述电池测试设备的输出接口与三电极装置的正极和负极进行电连接，所述电池测试设备的输入接口与数据采集设备进行电连接。
进一步的，所述电压测试设备的输入接口与三电极装置的正极、参比电极进行电连接，所述电压测试设备的输出接口与数据采集设备进行电连接。
进一步的，所述电压测试设备的输入接口与三电极装置的负极、参比电极进行电连接，所述电压测试设备的输出接口与数据采集设备进行电连接。
进一步的，所述惰性气体环境密封装置中的保护气体为氩气或者不与金属锂及电解液反应的惰性气体，所述惰性气体环境密封装置优选带有氩气循环系统的手套箱。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明解决了三电极测试遇到的关键问题，杜绝三电极装置受外界水氧的影响而发生电解液及锂参比电极变性的问题；
（2）本发明使用一体锂参比电极，避免了锂参比电极与导线接触不良、引起副反应等问题导致数据测试不准；
（3）本发明能够对三电极进行原位、长期测试，并通过电压检测装置及数据采集装置记录独立、连续的正极电压曲线和负极电压曲线的变化趋势，快速获得电池失效的关键原因；
（4）本发明的系统设备配置简单，投入成本低，装置搭建方式简易，测试数据准确可靠，并且能够对多种型号电池完成测试分析。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
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所示为本发明的整体结构示意图，一种原位三电极测试系统，包括惰性气体环境密封装置1、三电极装置2、电池测试设备6、电压测试设备7和数据采集设备8，三电极装置2、电池测试设备6、电压测试设备7和数据采集设备8放置在惰性气体环境密封装置1内端部，三电极装置2分别与电压测试设备7、电池测试设备6进行连接，电池测试设备6和电压测试设备7与数据采集设备8进行连接。
三电极装置2包括正负极极片、隔膜卷绕而成的电芯、锂参比电极和电解液，电芯和锂参比电极同时浸入电解液中形成离子通路，锂参比电极为单一锂带，三电极装置2设置有三个外接电极，三个外接电极分别为正极3、负极4和参比电极5。
电池测试设备6的输出接口与三电极装置2的正极3和负极4进行电连接，电池测试设备2的输入接口与数据采集设备8进行电连接。
电压测试设备7的输入接口与三电极装置2的正极3、参比电极5进行电连接，测试正极3对参比电极5的电压变化趋势，电压测试设备7的输出接口与数据采集设备8进行电连接。
电压测试设备7的输入接口与三电极装置2的负极4、参比电极5进行电连接，测试负极4对参比电极5的电压变化趋势，电压测试设备7的输出接口与数据采集设备8进行电连接。
惰性气体环境密封装置1中的保护气体为氩气或者不与金属锂及电解液反应的惰性气体，惰性气体环境密封装置优选带有氩气循环系统的手套箱。
工作原理：系统搭建完成后，在数据采集设备8界面对电池测试设备6设置测试制度，并对电压测试设备7设计数据采集制度，然后运行上述设备，完成三电极的原位测试，在测试结束后通过从数据采集设备8导出测试数据，分析正极对锂参比电位和负极对锂参比电位循环过程中的变化趋势，并进行原理分析便可获取电池失效的根本原因。
本发明解决了三电极测试遇到的关键问题，杜绝三电极装置2受外界水氧的影响而发生电解液及锂参比电极变性的问题；本发明使用一体锂参比电极，避免了锂参比电极与导线接触不良、引起副反应等问题导致数据测试不准；本发明能够对三电极进行原位、长期测试，并通过电压检测装置及数据采集装置记录独立、连续的正极电压曲线和负极电压曲线的变化趋势，快速获得电池失效的关键原因；本发明的系统设备配置简单，投入成本低，装置搭建方式简易，测试数据准确可靠，并且能够对多种型号电池完成测试分析。
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 (6)

1.一种原位三电极测试系统，其特征在于：包括惰性气体环境密封装置、三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备，所述三电极装置、电池测试设备、电压测试设备和数据采集设备放置在惰性气体环境密封装置内端部，所述三电极装置分别与电压测试设备、电池测试设备进行连接，所述电池测试设备和电压测试设备与数据采集设备进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种原位三电极测试系统，其特征在于：所述三电极装置包括正负极极片、隔膜卷绕而成的电芯、锂参比电极和电解液，所述电芯和锂参比电极同时浸入电解液中形成离子通路，所述锂参比电极为单一锂带，所述三电极装置设置有三个外接电极，所述三个外接电极分别为正极、负极和参比电极。
3.根据权利要求1所述的一种原位三电极测试系统，其特征在于：所述电池测试设备的输出接口与三电极装置的正极和负极进行电连接，所述电池测试设备的输入接口与数据采集设备进行电连接。
4.根据权利要求1所述的一种原位三电极测试系统，其特征在于：所述电压测试设备的输入接口与三电极装置的正极、参比电极进行电连接，所述电压测试设备的输出接口与数据采集设备进行电连接。
5.根据权利要求1所述的一种原位三电极测试系统，其特征在于：所述电压测试设备的输入接口与三电极装置的负极、参比电极进行电连接，所述电压测试设备的输出接口与数据采集设备进行电连接。
6.根据权利要求1所述的一种原位三电极测试系统，其特征在于：所述惰性气体环境密封装置中的保护气体为氩气或者不与金属锂及电解液反应的惰性气体，所述惰性气体环境密封装置优选带有氩气循环系统的手套箱。
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