CN108428954B - 一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，包括电池体，所述电池体一侧的两端分别设有正极耳和负极耳，所述正极耳和所述负极耳之间设有第三电极；所述正极耳和所述第三电极之间串联有第一电阻和第一微安表或所述负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表，为电池的设计提供理论和实验的依据；能够快速研究聚合物电池的铝塑膜外壳的封装技术，铝塑膜中间层铝箔与电池的正极或负极间的电化学行为，用来指导电池封装的工艺技术。

Description

一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置。
背景技术
如图1所示，现阶段的电池包括，电池体3、正极耳1和负极耳2，锂离子电池集流体研究，通常用的是半电池研究法或装入密闭玻璃容器中，用金属锂作为对电极，要研究的集流体金属作为研究电极，用专业的电化学工作站或电化学分析仪，做电位扫描测试，电位扫描测试研究电极的电位-电流曲线来研究他们的电化学行为。该方法理论上是可行的，但存在投资大(仪器很贵)，研究用的半电池制作成本高(要求水分1ppm以下的干燥环境制作半电池)；此外，对于聚合物电池外包装的铝塑膜，行业中还没有专门的研究方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，能够快速的研究锂离子电池正极、负极对金属集流体的电化学特性，成本低，实用性强。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，包括电池体，所述电池体一侧的两端分别设有正极耳和负极耳，所述正极耳和所述负极耳之间设有第三电极；
所述正极耳和所述第三电极之间串联有第一电阻和第一微安表或所述负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表。
进一步，当所述正极耳和所述第三电极之间串联有第一电阻和第一微安表时，所述第三电极为铝条，所述第一电阻的电阻从0～1KΩ间变化，所述第一微安表的电流为0μA，铝阳极未发生氧化反应。
进一步，当所述正极耳和所述第三电极之间串联有第一电阻和第一微安表时，所述第三电极为镍条，所述第一电阻的电阻为0Ω，所述第一微安表的电流大于0μA，镍阳极发生氧化反应。
进一步，当所述正极耳和所述第三电极之间串联有第一电阻和第一微安表时，所述第三电极为铜条，所述第一电阻的电阻为1KΩ，所述第一微安表的电流大于0μA，铜阳极发生氧化反应。
进一步，当所述负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表时，所述第三电极为铝条，所述第二电阻的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表的电流大于0μA，铝阴极发生还原反应。
进一步，当负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表时，所述第三电极为铝条，所述第二电阻的电阻大于20MΩ，所述第二微安表的电流为0μA，铝阴极未发生还原反应。
进一步，当负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表时，所述第三电极为铜条，所述第二电阻的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表的电流为0μA，铜阴极未发生还原反应。
进一步，当负极耳和所述第三电极之间串联有第二电阻和第二微安表时，所述第二电阻为镍条，所述第二电极的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表的电流为0μA，镍阴极未发生还原反应。
本发明的有益效果为：能够快速研究锂离子电池正极、负极对于金属集流体(含活性物质的载体和电流导体)的电化学特性；即在阳极和阴极上的电化学行为。为电池的设计提供理论和实验的依据；能够快速研究聚合物电池的铝塑膜外壳的封装技术，铝塑膜中间层铝箔与电池的正极或负极间的电化学行为，用来指导电池封装的工艺技术。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明能快速研究锂离子电池电化学行为的装置的结构示意图之一；
图3为本发明能快速研究锂离子电池电化学行为的装置的结构示意图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，包括电池体6，所述电池体6一侧的两端分别设有正极耳4和负极耳5，所述正极耳4和所述负极耳5之间设有第三电极7；
所述正极耳4和所述第三电极7之间串联有第一电阻8和第一微安表9或所述负极耳5和所述第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11。
即，在正极耳4和第三电极7间串联一个电阻和一个微安表，通过改变电阻的大小，读取微安表的电流值，反映出内部发生的电化学反应。
如图2所示，在正极耳4和第三电极7间串联第一电阻8和第一微安表9时，第三电极7和正极耳4间存在电位差，即形成一个腐蚀电池，其中，正极的电位很高，是腐蚀电池的阴极，第三电极7是阳极，外部导通后，该腐蚀电池可能会发生放电反应。
当所述正极耳4和所述第三电极7之间串联有第一电阻8和第一微安表9时，所述第三电极7为铝条，所述第一电阻8的电阻从0～1KΩ间变化，所述第一微安表9的电流为0μA，铝阳极未发生氧化反应。即，则表示铝条与电池正极间没有发生电化学反应，在干燥环境中解剖开电池观察，铝条无任何变化，也得到验证。进一步分析是铝金属表面有一层致密钝化膜，阻止第三电极7铝阳极的氧化反应。结论是铝材可作为电池的正极集流体，不会腐蚀。
当所述正极耳4和所述第三电极7之间串联有第一电阻8和第一微安表9时，所述第三电极7为镍条，所述第一电阻8的电阻为0Ω，所述第一微安表9的电流大于0μA，镍阳极发生氧化反应。则表示镍条与电池正极间发生了电化学反应，反应如下：Ni-2e---Ni2+，第三电极7上发生了氧化反应，在干燥环境中解剖开电池观察也得到验证，镍条氧化成浅绿色的镍离子。进一步分析是镍金属作为腐蚀电池的阳极，外部导通后，阳极发生了氧化反应，金属氧化成了离子。
当所述正极耳4和所述第三电极7之间串联有第一电阻8和第一微安表9时，所述第三电极7为铜条，所述第一电阻8的电阻为1KΩ，所述第一微安表9的电流大于0μA，铜阳极发生氧化反应。则表示铜条与电池正极间发生了电化学反应，反应如下：Cu-2e---Cu2+，第三电极7上发生了氧化反应，在干燥环境中解剖开电池观察也得到验证，铜条氧化成浅绿色的铜离子。进一步分析是铜金属作为腐蚀电池的阳极，外部导通后，阳极发生了氧化反应，金属氧化成了离子。
如图3所示，负极耳5和第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11，通过改变第二电阻10的大小，读取第二微安表11的电流值，反映出内部发生的电化学反应，第三电极7与电池负极间存在电位差，即形成一个腐蚀电池，其中，第三电极7电位较高，第三电极7是阴极，电池的负极是腐蚀电池的阳极，外部导通后，该腐蚀电池可能会发生放电反应。
当所述负极耳5和所述第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11时，所述第三电极7为铝条，所述第二电阻10的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表11的电流大于0μA，铝阴极发生还原反应。结论是铝材不能作为锂离子电池的负极集流体，反应如下：Al+Li++e—AlLi，第三电极7上发生了还原反应，锂离子还原成了铝锂合金。在干燥环境中解剖开电池观察也得到验证，铝条变成了灰色的粉状物质，该粉状物质即铝锂合金。进一步原理分析，铝金属作为腐蚀电池的阴极，外部导通后，阴极发生了还原反应，锂离子还原成了金属锂，再与铝金属形成铝锂合金，铝锂合金呈粉状。
当负极耳5和所述第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11时，所述第三电极7为铝条，所述第二电阻10的电阻大于20MΩ，所述第二微安表11的电流为0μA，铝阴极未发生还原反应。则表示铝条与电池负极间没有发生了电化学反应，即腐蚀电池没有外部放电。结论是当外部导通的阻抗足够大时，腐蚀电池不会发生反应。
当负极耳5和所述第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11时，所述第三电极7为铜条，所述第二电阻10的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表11的电流为0μA，铜阴极未发生还原反应。则表示铜条与电池负极间没有发生了电化学反应，即腐蚀电池没有外部放电。即铜材可以作为锂离子电池的负极集流体。
当负极耳5和所述第三电极7之间串联有第二电阻10和第二微安表11时，所述第二电阻10为镍条，所述第二电极10的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表11的电流为0μA，镍阴极未发生还原反应。则表示镍条与电池负极间没有发生了电化学反应，即腐蚀电池没有外部放电。即镍材可以作为锂离子电池的负极集流体。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：包括电池体(6)，所述电池体(6)一侧的两端分别设有正极耳(4)和负极耳(5)，所述正极耳(4)和所述负极耳(5)之间设有第三电极(7)，所述第三电极(7)是正极集流体或负极集流体，所述第三电极(7)为铝条、镍条或铜条；
所述正极耳(4)和所述第三电极(7)之间串联有第一电阻(8)和第一微安表(9)或所述负极耳(5)和所述第三电极(7)之间串联有第二电阻(10)和第二微安表(11)。
2.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当所述正极耳(4)和所述第三电极(7)之间串联有第一电阻(8)和第一微安表(9)时，所述第三电极(7)为铝条，所述第一电阻(8)的电阻从0～1KΩ间变化，所述第一微安表(9)的电流为0μA，铝阳极未发生氧化反应。
3.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当所述正极耳(4)和所述第三电极(7)之间串联有第一电阻(8)和第一微安表(9)时，所述第三电极(7)为镍条，所述第一电阻(8)的电阻为0Ω，所述第一微安表(9)的电流大于0μA，镍阳极发生氧化反应。
4.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当所述正极耳(4)和所述第三电极(7)之间串联有第一电阻(8)和第一微安表(9)时，所述第三电极(7)为铜条，所述第一电阻(8)的电阻为1KΩ，所述第一微安表(9)的电流大于0μA，铜阳极发生氧化反应。
5.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当所述负极耳(5)和所述第三电极(7)之间串联有第二电阻(10)和第二微安表(11)时，所述第三电极(7)为铝条，所述第二电阻(10)的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表(11)的电流大于0μA，铝阴极发生还原反应。
6.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当负极耳(5)和所述第三电极(7)之间串联有第二电阻(10)和第二微安表(11)时，所述第三电极(7)为铝条，所述第二电阻(10)的电阻大于20MΩ，所述第二微安表(11)的电流为0μA，铝阴极未发生还原反应。
7.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当负极耳(5)和所述第三电极(7)之间串联有第二电阻(10)和第二微安表(11)时，所述第三电极(7)为铜条，所述第二电阻(10)的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表(11)的电流为0μA，铜阴极未发生还原反应。
8.根据权利要求1所述的一种能快速研究锂离子电池电化学行为的装置，其特征在于：当负极耳(5)和所述第三电极(7)之间串联有第二电阻(10)和第二微安表(11)时，所述第二电阻(10)为镍条，所述第二电阻 (10)的电阻为0～10MΩ，所述第二微安表(11)的电流为0μA，镍阴极未发生还原反应。
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