CN108987659A - 一种锂离子软包电池四电极体系及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子软包电池四电极体系及其制备方法，锂离子软包电池四电极体系包括正极片、隔膜、负极片和两个镀锂铜丝参比电极，所述正极片通过铝箔集流体焊接有铝金属极耳，所述负极片通过铜箔集流体焊接有铜镀镍金属极耳，所述镀锂铜丝参比电极通过隔膜包裹，镀锂一端置于最外层负极片与隔膜之间的位置，外端伸出铝塑膜外。本发明制备的四电极软包电池在研究高低温、长期循环后电解液对于软包锂离子电池的影响方面存在重要价值，同时在提高锂离子电池的详细内阻解析方面上提供技术支持和应用前景。

Description

一种锂离子软包电池四电极体系及其制备方法

技术领域

本发明为一种锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子软包电池四电极体系及其制备方法。

背景技术

目前，对于锂离子全电池的内阻的机理分析上存在一定的缺陷，生产及研发使用的电芯都是传统的正、负两电极体系。若通过电化学工作站对软包电池内部阻抗进行测试分析时，得到的数据只能反应整个软包电池的阻值或阻抗，无法单独研究探讨正极主材、负极主材及电解液，因此也就无法得到其各自在整个软包电池所占内阻的贡献值。由此，在一定程度上限制了研发人员的研发思维，且在新材料的开发周期上也会拉长，最终导致电芯研发效率较低，所以需要使用四电极来区分研究锂电池中正极材料、负极材料及电解液材料分别对全电池系统阻值或阻抗的影响。而目前国内对于单独研究软包电池中电解液的影响很少，国内对于单独研究软包电池中电解液的影响，但高、低温或者长期循环下，电解液往往成为决定电芯的各项关键性能指标的主要因素，而四电极体系除了可以通过对软包电芯的正、负极进行充放电电压区间监测，并依据所得测试数据分别计算出正、负极在全电池中的克容量大小之外，同时还可以在电池大倍率充放电、高低温充放电及长期循环的情况下，监测电解液的极化、电导率等相关参数的变化。

与三电极体系不同，在四电极中分别有一个工作电极、一个参比电极以及两个辅助电极，三电极在一定的程度上改良了两电极测试分析的某些缺陷，但是并没有完全解决全部问题，比如说无法研究电解液对内阻的贡献(特别是高、低温下)，四电极体系就可以成功的解决这一问题，在常温、低温、高温下或者循环后，可以通过监控参比电极和工作电极之间的电势差及两参比电极之间的电势差，来研究正、负极主材及电解液对于全电池中阻抗的贡献大小，并根据测试分析结果来确定后续的研发方向。

中国专利“一种简易的软包四电极锂离子电池测试体系(公开号：107785625A)”，采用已知的锂离子电池材料作为参比电极，如金属锂，裸露的金属丝在电解液中会对电信号产生一定的干扰，影响测试结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子软包电池四电极体系及其制备方法，解决上述背景中锂离子软包电池四电极体系的制备问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子软包电池四电极体系，包括正极片、隔膜、负极片和两个镀锂铜丝参比电极，所述正极片通过铝箔集流体焊接有铝金属极耳，所述负极片通过铜箔集流体焊接有铜镀镍金属极耳，所述镀锂铜丝参比电极通过隔膜包裹，镀锂一端置于最外层负极片与隔膜之间的位置，外端伸出铝塑膜外。

进一步地，所述镀锂铜丝参比电极的长度为3～20cm，直径为50～500um，表面包覆有绝缘胶带。

更进一步地，所述绝缘胶带长5～14mm，宽度0.5～2mm。

进一步地，所述镀锂铜丝参比电极外端铜线长度为4～12cm。

一种锂离子软包电池四电极体系的制备方法，包括以下步骤：

S1：将铜丝电极的表面用砂纸打磨后放入浓硫酸浸泡30～60min，之后置于酒精中超声清洗15～30min，在60～100℃的烘干箱内进行烘干处理后放入手套箱中；

S2：在手套箱中，通过铜坩埚加热金属锂片中至其融化后保温，保温温度180～220℃。随后将铜丝电极的一端置于熔化锂金属中1～3s后取出随室温在手套箱中冷却，即得到镀锂铜丝参比电极；

S3：在注液房内将镀锂铜丝参比电极的镀锂部分置于裸电芯的隔膜和负极片之间，放入铝塑膜中并注入电解液，镀锂铜丝参比电极的外端置于铝塑膜外，等距分布，得到锂离子软包电池四电极体系。

锂离子软包电池正极极耳和负极极耳表面包覆有绝缘胶带，所述正极极耳和负极极耳的长度为5～20mm，宽度为1～6mm，厚度为0.2～0.4mm。

锂离子软包电池镀锂铜丝参比电极外端置于铝塑膜外正负极耳中间或侧封边或预留气囊边，等距分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)相比于传统两电极电池，本发明增加两个参比电极，可以分别同时研究开发新型的正、负极主材及电解液，也可以整体探索其相互之间的匹配性问题，同时还可以缩短研发时间，节约研发所需成本。

2)与目前研发用三电极体系相比，四电极软包电池不仅可以通过电化学工作站研究正负极材料的阻抗，还可以单独研究软包电池中电解液对于电芯影响。

3)本发明镀锂铜丝极耳的制备快速简单，不仅避免直接将锂金属作为参比电极的劣势，同时可以避免直接采用铜丝作为参比电极可能引起电池包的短路导致的安全隐患。

4)本发明制备的四电极软包电池在研究高低温、长期循环后电解液对于软包锂离子电池的影响方面存在重要价值，同时在提高锂离子电池的详细内阻解析方面上提供技术支持和应用前景。

附图说明

图1为实施例1中锂离子电池四电极体系结构示意图。

图2为实施例2中锂离子电池四电极体系结构示意图

图中，1-隔膜，2-负极片，3-正极片，4-负极耳，5-正极耳，6-参比电极。

图3为镀锂铜丝参比电极结构示意图。

具体实施方式

实例1

一种镀锂铜丝参比电极的制备方法，所述镀锂铜丝参比电极规格尺寸如图3所示，A＝C＝30mm，B＝14mm，D＝6mm，M＝200um，N＝400um。

制备步骤为：

1、将铜丝电极的表面用砂纸打磨后放入浓硫酸(硫酸浓度>70％)的烧杯中浸泡30min，然后取出后放入酒精烧杯中超声清洗15min，在60℃的烘干箱内进行烘干处理后放置于滤纸备用；2、在真空手套箱中，通过铜坩埚将金属锂片加热至200℃熔化后，将步骤1干燥后的铜丝电极一端置于熔化的锂金属液体中约1s后取出随室温在手套箱中冷却，即得到镀锂铜丝参比电极；

如图1所示，一种四电极锂离子软包电池包括封装在上铝塑膜、下铝塑膜之间的层压式叠片电芯，所述层压式叠片电芯包括隔膜1，负极片2，正极片3，所述负极片2通过铜箔集流体焊接有负极铜镀镍金属极耳4，所述正极片3通过铝箔集流体焊接有正极铝金属极耳5，焊接于负极片2、正极片3上的负极铜镀镍极耳4及正极铝极耳5覆盖有白色高温极耳胶，耳胶通过顶封装机热熔后将外层包装铝塑膜的边缘进行黏连密封。

层压式叠片电芯最外层负极片之上放置有两个镀锂铜丝参比电极6，所述镀锂铜丝参比电极上有一层隔膜1覆盖，所述镀锂铜丝参比电极的外端置于负极耳左侧铝塑膜的侧封边上，等距分布，镀锂铜丝参比电极极耳上覆盖有白色高温极耳胶，耳胶通过侧封装机热熔后将外层包装铝塑膜的侧边进行黏连密封。

层压式叠片电芯在真空手套箱中经顶侧封后，然后经注液、化成、二封、搁置及分容工序后，即得到四电极软包锂离子电池(型号70190140)。

实施例2

一种镀锂铜丝参比电极的制备方法，所述镀锂铜丝参比电极规格尺寸如图3所示，A＝C＝70mm，B＝12mm，D＝4mm，M＝50um，N＝250um。

制备步骤为：

1、将铜丝电极的表面用砂纸打磨后放入浓硫酸(硫酸浓度>70％)的烧杯中浸泡30min，然后取出后放入酒精烧杯中超声清洗15min，在100℃的烘干箱内进行烘干处理后放置于滤纸备用；2、在真空手套箱中，通过铜坩埚将金属锂片加热至200℃熔化后，将步骤1干燥后的铜丝电极一端置于熔化的锂金属液体中约1s后取出随室温在手套箱中冷却，即得到镀锂铜丝参比电极；

如图2所示，一种四电极锂离子软包电池包括封装在上铝塑膜、下铝塑膜之间的层压式叠片电芯，所述层压式叠片电芯包括隔膜1，负极片2，正极片3，所述负极片2通过铜箔集流体焊接有负极铜镀镍金属极耳4，所述正极片3通过铝箔集流体焊接有正极铝金属极耳5，焊接于负极片2、正极片3上的负极铜镀镍极耳4及正极铝极耳5覆盖有白色高温极耳胶，耳胶通过顶封装机热熔后将外层包装铝塑膜的边缘进行黏连密封。

层压式叠片电芯最外层负极片之上放置有两个镀锂铜丝参比电极6，所述镀锂铜丝参比电极上有一层隔膜1覆盖，所述镀锂铜丝参比电极的外端置于负极铜镀镍极耳4和正极铝金属极耳5之间，等距分布，镀锂铜丝参比电极极耳上覆盖有白色高温极耳胶，耳胶通过侧封装机热熔后将外层包装铝塑膜的侧边进行黏连密封。

层压式叠片电芯在真空手套箱中经顶侧封后，然后经注液、化成、二封、搁置及分容工序后，即得到四电极软包锂离子电池(型号8688190)。

将实施例1和实施例2制备的四电极软包锂离子电池(型号70190140、8688190)的正负极连同多通道记录仪正负极线接入充放电柜正负极进行充放电循环，同时对正极/参比、负极/参比、正极/负极、参比/参比之间电压/电流的变化区间进行监测记录。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (6)

1.一种锂离子软包电池四电极体系，其特征在于，包括正极片、隔膜、负极片和两个镀锂铜丝参比电极，所述正极片通过铝箔集流体焊接有铝金属极耳，所述负极片通过铜箔集流体焊接有铜镀镍金属极耳，所述镀锂铜丝参比电极通过隔膜包裹，镀锂一端置于最外层负极片与隔膜之间的位置，外端伸出铝塑膜外。

2.根据权利要求1所述的锂离子软包电池四电极体系，其特征在于，所述两个镀锂铜丝参比电极外端置于铝塑膜外正负极耳中间或侧封边或预留气囊边，等距分布。

3.根据权利要求1所述的锂离子软包电池四电极体系，其特征在于，所述镀锂铜丝参比电极的长度为3～20cm，直径为50～500um，表面包覆有绝缘胶带。

4.根据权利要求3所述的锂离子软包电池四电极体系，其特征在于，所述绝缘胶带长5～14mm，宽度0.5～2mm。

5.根据权利要求1所述的锂离子软包电池四电极体系，其特征在于，所述镀锂铜丝参比电极外端铜线长度为4～12cm。

6.一种如权利要求1所述的锂离子软包电池四电极体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：铜丝电极的表面用砂纸打磨后放入浓硫酸浸泡30～60min，之后置于酒精中超声清洗15～30min，在60～100℃的烘干箱内进行烘干处理后放入手套箱中；

S2：在手套箱中，通过铜坩埚加热金属锂片中至其融化后保温，保温温度180～220℃。随后将铜丝电极的一端置于熔化锂金属中1～3s后取出随室温在手套箱中冷却，即得到镀锂铜丝参比电极；

S3：在注液房内将镀锂铜丝参比电极的镀锂部分置于裸电芯的隔膜和负极片之间，放入铝塑膜中并注入电解液，镀锂铜丝参比电极的外端置于铝塑膜外，等距分布，得到锂离子软包电池四电极体系。