CN109490780A - 一种蓄电池极片极化分布的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池极片极化分布的检测方法，所述方法包括将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域；测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压；根据测得的各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况。本发明的蓄电池极片极化分布的检测方法，检测简单、方便，且能检测更多电池类型。

Description

一种蓄电池极片极化分布的检测方法

技术领域

本发明涉及电池制造技术，具体涉及一种蓄电池极片极化分布的检测方法。

背景技术

蓄电池，如锂电池在充放电时，尤其是在大倍率或低温下充放电时，极片不同区域的电化学极化或浓差极化会存在很大的差异，极化分布不均匀，极化分布不均匀，会造成极片不同区域的电位存在很大差异；针对负极片，电位越低的区域越容易析锂；针对正极片，电位越高的区域循环时性能劣化越快。这样，极化分布的不均匀性会造成电池性能快速劣化，甚至发生安全事故。目前，针对该问题，现有技术通过在软包电池中预置多个参比电极检测电池充放电时的极化分布。但该方法需根据检测区域大小和数量制作相应数量的参比电极，制作方法太过复杂；且该方法仅适用于测试软包电池中的极化分布，无法检测圆柱电池和铝壳电池中的极化分布。

发明内容

有鉴于此，本发明期望提供一种蓄电池极片极化分布的检测方法，检测简单、方便，且能检测更多电池类型。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种蓄电池极片极化分布的检测方法，所述方法包括：

将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域；

测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压；

根据测得的各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况。

上述方案中，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域，包括：

在其中一个检测区域放置预设体积的电解液；

在所述电解液上方放置预设大小的隔膜；

在所述隔膜上放置预设大小的参比电极。

上述方案中，所述在所述隔膜上放置预设大小的参比电极之前，所述方法还包括：

在隔膜上再放置预设体积的电解液。

上述方案中，所述测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压包括：

将电压表的一个接线柱连接到所述极片，将电压表的另一个接线柱连接到所述参比电极。

上述方案中，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域之前，所述方法还包括：

将所述待测蓄电池充满电，从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

上述方案中，所述将所述待测蓄电池充满电，包括：

将所述待测蓄电池用两倍电流充满电。

上述方案中，所述从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片，包括：

将充满电的所述待测蓄电池放入惰性气体保护箱，在所述惰性气体保护箱中从所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

上述方案中，所述电解液为一种有机溶剂或有机溶剂和电解质盐的混合液。

上述方案中，所述隔膜的材质为用纤维素或编织物、合成树脂制得的多微孔膜。

上述方案中，所述参比电极为圆形金属片。

本发明的蓄电池极片极化分布的检测方法，将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域；测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压；根据测得的各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况；可见，本发明的蓄电池极片极化分布的检测方法，通过所述极片多个预设检测区域和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况，具有检测简单、方便，且能检测更多电池类型的优点。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例蓄电池极片极化分布的检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一锂电池负极片极化分布的检测方法中的电解液、隔膜、参比电极和电压表的布置示意图；

图3为本发明实施例一锂电池负极片极化分布的检测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例二锂电池正极片极化分布的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例提供了一种蓄电池极片极化分布的检测方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域；

步骤102：测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压；

步骤103：根据测得的各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况。

这里，所述检测区域的数量，可根据极片大小及蓄电池性能设置，一般的锂电池，可预设9个检测区域。

所述相同的电解液、隔膜和参比电极的含义为：对电解液来说，就是相同材质的电解液，对隔膜和参比电极来说，就是同一个，每次测量后移动位置，重复利用。

本发明实施例的原理：极化主要包括浓差极化与电化学极化，蓄电池在充放电过程中，不同区域的极化若存在差异，其结果会造成充放电后的正负、极片不同区域的电位存在差异；即电位差异是极化的必然结果，根据电位差异，就能推断出极化的分布情况。而电位差异可以通过检测所述极片多个预设检测区域和所述参比电极之间的开路电压获得，因此具有检测简单、方便，且能检测更多电池类型的优点。

在一种实施方式中，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域，可以包括：

在其中一个检测区域放置预设体积的电解液；

在所述电解液上方放置预设大小的隔膜；

在所述隔膜上放置预设大小的参比电极。

这里，所述预设体积的电解液是为了充分湿润所述隔膜，便于蓄电池的离子在运动时穿过所述隔膜。所述预设大小的隔膜和预设大小的参比电极，参比电极略小于隔膜，这样，保证隔膜能将极片与参比电极完全隔开；

上述步骤为在其中一个检测区域的组合放置电解液、隔膜和参比电极的步骤，其它检测区域也按此步骤放置，一个检测区域放置后测量开路电压；测完开路电压，将隔膜和参比电极移动到另一个检测区域。

在一种实施方式中，所述在所述隔膜上放置预设大小的参比电极之前，所述方法还可以包括：

在隔膜上再放置预设体积的电解液。

这是为了进一步的充分湿润所述隔膜，是优选方式。

在一种实施方式中，所述测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压可以包括：

将电压表的一个接线柱连接到所述极片，将电压表的另一个接线柱连接到所述参比电极。

这里的接线柱可以不用考虑正负极，如果读数出现负值，可以取绝对值，或者重新交换接线。

在一种实施方式中，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域之前，所述方法还可以包括：

将所述待测蓄电池充满电，从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

从充满电后的所述待测蓄电池中拆卸出的极片，能更显著的反映极片的极化分布情况。检测极化分布情况主要是检测各个检测区域的开路电位的相对差异值，并不关注单个区域的开路电位的绝对值；充满电后，会使差异的绝对值增加，这样极化分布情况更显著。能够理解，从未充满电的蓄电池中拆卸出的极片，也可以反映极片的极化分布情况，只是不够显著。

在一种实施方式中，所述将所述待测蓄电池充满电，可以包括：

将所述待测蓄电池用两倍电流充满电。

这也是进一步提升极化分布情况的显著性，是优选方式。若电池充电功率性能较好，可采用更大倍率充电以进一步提升极化分布。

在一种实施方式中，所述从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片，可以包括：

将所述充满电的待测蓄电池放入惰性气体保护箱，在所述惰性气体保护箱中从所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

在惰性气体保护箱中，待测蓄电池拆解后的正负极片短时间内不会发生氧化，即拆解前后的正负极片电极电位基本不会发生变化；这样，就能更准确的获得所述极片的极化分布情况。能够理解，在其它场所拆卸也是可以的，如果时间很短，且环境干燥，对准确度的影响就不会太大。

另外，为了更准确，在惰性气体保护箱中执行步骤101、102也是可以的，这样测量结果更准确，但是操作难度会增加。

所述惰性气体保护箱也可以被良好的干燥房代替，不作详述。

在一种实施方式中，所述电解液可以是一种有机溶剂或有机溶剂和电解质盐的混合液。具体地，所述有机溶剂可以是碳酸二乙酯或碳酸乙烯酯，电解质盐可以是六氟磷酸锂，能够理解，其它有机溶剂或其它电解质盐也是可以的。

在一种实施方式中，所述隔膜的材质可以是用纤维素或编织物、合成树脂制得的多微孔膜。这样，在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道。具体地，隔膜的材质可以是聚乙烯或聚丙烯。

在一种实施方式中，所述参比电极可以是圆形金属片。这样，既和电解液相匹配，加工也方便。具体地，参比电极可以是锂片、铝片和镍片。能够理解，其它的圆形金属片或非金属作为参比电极也是可以的，只是需要其它如电解液等相应调整。

以下结合附图及具体实施例，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。

实施例一

图2为本发明实施例一锂电池负极片极化分布的检测方法中的电解液、隔膜、参比电极和电压表的布置示意图，图3为本发明实施例一锂电池负极片极化分布的检测方法的流程示意图；如图2、3所示，本实施例提供的锂电池负极片极化分布的检测方法包括：

步骤301：充电。将待测锂电池用两倍电流充电，直至充满电；本实施例中的锂电池为手机使用的方形电池，充满电的电压为4.2V；

步骤302：拆出负极片。将充满电的所述锂电池放入惰性气体保护箱，从所述锂电池上拆卸出负极片1；

步骤303：水平放置负极片。惰性气体保护箱中，将所述负极片1水平放置于测试台；

步骤304：放置电解液。在所述负极片1其中一个预设的检测区域6分别放置适量电解液2；本实施例中，所述电解液2为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和六氟磷酸锂的混合液；预设的检测区域6设置有9个，呈矩阵排列，纵向三行，分别为上部、中部和底部，横向三列，分别为左、中、右(参见表1)；

步骤305：放置隔膜。在步骤104的基础上，在负极片1放置电解液2的区域放置隔膜3；本实施例中，所述隔膜3的材质为聚乙烯，隔膜3的形状为圆形，直径为15mm；

步骤306：再放置电解液。在步骤105的基础上，在隔膜3上面再放置适量电解液2；

步骤307：放置参比电极。在步骤106的基础上，在隔膜3上面放置参比电极4；本实施例中，所述参比电极4为圆形锂片，锂片直径为10mm；参比电极4比隔膜3略小，这样隔膜3能将负极片1与参比电极4完全隔开；

步骤308：测量负极片和参比电极之间的开路电压。将电压表5的正接线柱连接到所述负极片，将电压表5的负接线柱连接到所述参比电极4，测量负极片1和参比电极4之间的开路电压；由于参比电极4为锂片，锂金属的电位比负极片1还低，所以，电流的流动方向是从负极片1到电压表5，再从电压表5到参比电极4，因此，将电压表5的正接线柱连接到所述负极片，将电压表5的负接线柱连接到所述参比电极4，这样测得的电压值为正；

步骤309：检测其它预设检测区域。在所述负极片1的其它预设的检测区域6，分别重复步骤304～308，获得所述负极片1的预设检测区域6的开路电位；

以上步骤302到步骤309均在惰性气体保护箱中操作，这样，负极片1短时间内不会发生氧化，即拆解前的负极片1和拆解后、检测中的负极片1电极电位基本不会发生变化；另外，检测过程用到的参比电极4也极易氧化，因此更需在惰性气体保护箱中操作，这样，就能更准确的获得所述负极片1的极化分布情况；对负极片1来说，如果不放入惰性气体保护箱，误差相对正极片是比较大的，因此，有条件的最好放入惰性气体保护箱；当然，不放入惰性气体保护箱，在干燥环境下，只要控制时间，误差也是可以接受的；

电解液2、隔膜3、参比电极4和电压表5的布置见图2，由于隔膜3、参比电极4是移动的，为表达清晰，在图2中只放置于负极片1预设检测区域6之间的空白处，未放置于预设检测区域6；各个预设检测区域6的开路电位测量数据见下表1所示：

表1

由表1数据可知，负极片1上下两端电位较低，容易析锂，且上部更容易析锂，需要重点分析并改进。

实施例二

图4为本发明实施例二锂电池正极片极化分布的检测方法的流程示意图，电解液、隔膜、参比电极和电压表的布置参见图2，将其中的负极片1替换为正极片，其它不变，如图2、4所示，所述检测方法包括：

步骤401：充电。将待测锂电池用两倍电流充电，直至充满电；本实施例中的锂电池为手机使用的方形电池，充满电的电压为4.2V；

步骤402：拆出正极片。从充满电的所述锂电池上拆卸出正极片；

步骤403：水平放置正极片。将所述正极片水平放置于测试台；

步骤404：放置电解液。在所述正极片其中一个预设的检测区域分别放置适量电解液；本实施例中，所述电解液为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和六氟磷酸锂的混合液；

步骤405：放置隔膜。在步骤104的基础上，在正极片放置电解液的区域放置隔膜；本实施例中，所述隔膜的材质为聚乙烯，隔膜的形状为圆形，直径为15mm；

步骤406：再放置电解液。在步骤105的基础上，在隔膜上面再放置适量电解液；

步骤407：放置参比电极。在步骤106的基础上，在隔膜上面放置参比电极；本实施例中，所述参比电极为圆形锂片，锂片直径为10mm；参比电极比隔膜略小，这样隔膜能将正极片与参比电极完全隔开；

步骤408：测量正极片和参比电极之间的开路电压。将电压表的正接线柱连接到所述正极片，将电压表的负接线柱连接到所述参比电极，测量正极片和参比电极之间的开路电压；由于参比电极为锂片，锂金属的电位比正极片低，所以，电流的流动方向是从正极片到电压表，再从电压表到参比电极，因此，将电压表的正接线柱连接到所述正极片，将电压表的负接线柱连接到所述参比电极，这样测得的电压值为正；

步骤409：检测其它预设检测区域。在所述正极片的其它预设的检测区域，分别重复步骤404～408，获得所述正极片的预设检测区域的开路电位；

以上步骤402到步骤409均在惰性气体保护箱中操作，因为正极片虽然不容易氧化，但是检测过程用到的参比电极4极易氧化，为保证测试结果的准确性，本实施例最好也是在惰性气体保护箱中操作。当然，不放入惰性气体保护箱，在干燥环境下，只要控制时间，误差也是可以接受的；

各个预设检测区域的开路电位测量数据见下表2所示：

表2

由表2数据可知，正极片两边电位较高，锂离子脱出更多，长期循环中两边劣化较快；另外，正极片上部左边区域电位相对更高，循环时劣化更快，为设计优化或工艺改善的重点区域。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域；

测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压；

根据测得的各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压，获得所述极片极化分布的情况。

2.根据权利要求1所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域，包括：

在其中一个检测区域放置预设体积的电解液；

在所述电解液上方放置预设大小的隔膜；

在所述隔膜上放置预设大小的参比电极。

3.根据权利要求2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述在所述隔膜上放置预设大小的参比电极之前，所述方法还包括：

在隔膜上再放置预设体积的电解液。

4.根据权利要求1或2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述测量各检测区域中的所述极片和所述参比电极之间的开路电压包括：

将电压表的一个接线柱连接到所述极片，将电压表的另一个接线柱连接到所述参比电极。

5.根据权利要求1或2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述将相同的电解液、隔膜和参比电极依次组合放置于待测蓄电池的极片预设的多个检测区域之前，所述方法还包括：

将所述待测蓄电池充满电，从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

6.根据权利要求5所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述将所述待测蓄电池充满电，包括：

将所述待测蓄电池用两倍电流充满电。

7.根据权利要求5所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述从充满电的所述待测蓄电池上拆卸出所述极片，包括：

将充满电的所述待测蓄电池放入惰性气体保护箱，在所述惰性气体保护箱中从所述待测蓄电池上拆卸出所述极片。

8.根据权利要求1或2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述电解液为一种有机溶剂或有机溶剂和电解质盐的混合液。

9.根据权利要求1或2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述隔膜的材质为用纤维素或编织物、合成树脂制得的多微孔膜。

10.根据权利要求1或2所述的蓄电池极片极化分布的检测方法，其特征在于，所述参比电极为圆形金属片。