CN109580752A - 电池检测框架及电池检测结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池检测框架及电池检测结构。电池检测框架包括第一集流体、第二集流体、第一隔离膜、第一极耳、第二极耳和两层包装膜。第一极耳固定于第一集流体，第二极耳固定于第二集流体，第一隔离膜设置于第一集流体和第二集流体之间。第一集流体、第一隔离膜和第二集流体设置在两层包装膜之间，两层包装膜在顶部封装，且第一极耳和第二极耳从两层包装膜顶部的封装处穿出。电池检测结构包括：第一方面所述的电池检测框架，且电池检测框架的两层包装膜还在周缘完全封装并形成封闭的包装袋；第一极片，插入到第一集流体和第一隔离膜之间；第二极片，插入到第二集流体和第一隔离膜之间；以及电解液，收容在包装袋内。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池检测框架及电池检测结构。
背景技术
电池反向分析可以真实直观地得到电池结构、极片组成乃至材料的信息，但现有的反向分析技术多建立在材料水平的表征之上，例如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等，针对的是活性材料界面或者体相的分析，而且大都是非原位的反向分析实验方法，不可避免的会对材料的初始状态产生破坏，因此很难得到反映真实状态的信息。其次，在极片层面上，极片表面的SEI(固态电解质)破坏、副产物堆积、枝晶生长以及材料孔隙结构的变化等众多因素都会对电池的整体性能有影响，但目前有关极片水平的反向分析往往只能依靠简单的肉眼观察或相机拍照来获取极片表观信息的层面，缺乏能够真正提供极片原位信息的表征方法。最后，从阻抗分析角度来看，目前仍然缺乏能在极片水平上定量分析阻抗特征的研究方法，而阻抗行为又跟电池的功率性能、产热温升、安全性能密切相关，因此急需建立一套普适的实验系统及方案来获得具有统一标准的有效阻抗测量数据，这也对反向研究方法提出了更高的需求。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池检测框架及电池检测结构，其制备工艺简单，且能对电池的极片进行全面系统的反向分析。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种电池检测框架，其包括第一集流体、第二集流体、第一隔离膜、第一极耳、第二极耳和两层包装膜。第一极耳固定于第一集流体，第二极耳固定于第二集流体，第一隔离膜设置于第一集流体和第二集流体之间。第一集流体、第一隔离膜和第二集流体设置在两层包装膜之间，两层包装膜在顶部封装，且第一极耳和第二极耳从两层包装膜顶部的封装处穿出。
为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种电池检测结构，其包括：根据本发明第一方面所述的电池检测框架，且电池检测框架的两层包装膜还在周缘完全封装并形成封闭的包装袋；第一极片，插入到第一集流体和第一隔离膜之间；第二极片，插入到第二集流体和第一隔离膜之间；以及电解液，收容在包装袋内。
本发明的有益效果如下：
本发明的电池检测结构可用于电化学阻抗谱、直流电阻以及容量等测试，从而可以分析出第一极片和第二极片的电化学行为。本发明的电池检测结构可以方便地从极片水平上对不同类型和不同状态下的成品电池的组成部分的状态进行反向分离评估，有助于实现对电池中正极极片和负极极片等主要组成的状态进行全面系统的反向分析。同时，本发明的电池检测结构采用具有固定结构的电池检测框架，大大地简化了电池检测结构的制备工艺，缩短了待检测的极片从拆解到二次封装的操作时间，提高检测效率。
附图说明
图1为根据本发明的电池检测框架的示意图。
图2为图1的剖视图。
图3为根据本发明的电池检测框架成型前的示意图。
图4为根据本发明的电池检测结构的一实施例的示意图。
图5为图4的剖视图。
图6为图4的一分解图，其中电解液省略。
图7为根据本发明的电池检测结构的另一实施例的示意图。
图8为图7的一分解图，其中电解液省略。
图9为根据本发明的电池检测结构的又一实施例的示意图。
图10为图9的剖视图。
其中，附图标记说明如下：
1电池检测框架 3第二极片
11第一集流体 31第二基体
12第二集流体 32第二涂层
13第一隔离膜 4电解液
14第一极耳 5夹板
15第二极耳 6缓冲层
16包装膜 7第二隔离膜
17绝缘胶带 A空白区
18密封件 B空白区
2第一极片 P包装袋
21第一基体 H通孔
22第一涂层
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的电池检测框架及电池检测结构。
首先说明根据本发明第一方面的电池检测框架。
参照图1至图10，根据本发明的电池检测框架1包括第一集流体11、第二集流体12、第一隔离膜13、第一极耳14、第二极耳15和两层包装膜16。第一极耳14固定于第一集流体11，第二极耳15固定于第二集流体12，第一隔离膜13设置于第一集流体11和第二集流体12之间。第一集流体11、第一隔离膜13和第二集流体12设置在两层包装膜16之间，两层包装膜16在顶部封装，且第一极耳14和第二极耳15从两层包装膜16顶部的封装处穿出。
包装膜16可为铝塑膜。两层包装膜16可通过热压在顶部密封连接(即封装)，从而形成一个封装边。第一极耳14和第二极耳15夹持在两层包装膜16之间，而第一集流体11和第二集流体12又分别固定于第一极耳14和第二极耳15，因此，经过顶部封装后，第一集流体11、第二集流体12、第一极耳14、第二极耳15和两层包装膜16固定在一起。同时，由于第一隔离膜13为薄膜结构，可以附着在第一集流体11和第二集流体12上。
只需在将待检测的样品(例如电池的正极极片、负极极片或隔离膜)插入到第一集流体11和第一隔离膜13之间以及第二集流体12和第一隔离膜13之间后，把电池检测框架1的两层包装膜16完全封装，即可形成一种可用于检测该样品的阻抗等信息的结构，从而实现对电池中正极极片、负极极片和隔离膜等主要组成部件进行全面系统的反向分析。
本发明的电池检测框架1的结构简单，可以灵活使用。至于具体的使用方式，在后述的电池检测结构中详细阐释。
参照图3，第一隔离膜13的一个表面粘贴有绝缘胶带17，且第一隔离膜13在该表面中部预留出未被绝缘胶带17覆盖的空白区A。通过在第一隔离膜13的表面贴附绝缘胶带17，可使第一隔离膜13仅在空白区A保持离子透过性。绝缘胶带17可为低粘绿胶，厚度可为20-30μm。
第一隔离膜13的空白区A的直径可为14mm。第一隔离膜13为新鲜的未经使用的隔离膜。
第一极耳14与第一集流体11一体成型或分体成型；第二极耳15与第二集流体12一体成型或分体成型。具体地，第一极耳14可以直接由第一集流体11裁切而成，也可以为单独部件并焊接到第一集流体11。第二极耳15的成型方式与第一极耳14相同。第一极耳14和第二极耳15是为了实现与外部检测设备的连接。
参照图2和图3，所述电池检测框架1还包括两个密封件18，一个密封件18环绕第一极耳14并夹持在两层包装膜16之间，另一个密封件18环绕第二极耳15并夹持在两层包装膜16之间。密封件18可以将第一极耳14和第二极耳15与包装膜16密封连接。密封件18是聚合物，包装膜16的内层也是聚合物，通过加热，聚合物熔化，使得包装膜16与密封件18密封连接。
第一集流体11和第二集流体12的材质依照所需检测的部件而定，而第一极耳14和第二极耳15的材质分别依照第一集流体11和第二集流体12的材质确定。具体地，例如，本发明的电池检测框架1用于检测正极极片的阻抗信息，那么就需要插入两个正极极片，此时，第一集流体11为铝箔，第一极耳14为铝极耳，第二集流体12为铝箔，第二极耳15为铝极耳；如果本发明的电池检测框架1用于检测负极极片的阻抗信息，那么就需要插入两个负极极片，此时，第一集流体11为铜箔，第一极耳14为镍极耳，第二集流体12为铜箔，第二极耳15为镍极耳；如果本发明的电池检测框架1同时需要检测正极极片和负极极片的阻抗信息，那么就需要插入一个正极极片和一个负极极片，此时，第一集流体11为铝箔，第一极耳14为铝极耳，第二集流体12为铜箔，第二极耳15为镍极耳。
其次说明根据本发明第二方面的电池检测结构。
参照图1至图10，根据本发明的电池检测结构包括：根据本发明第一方面所述的电池检测框架1，且电池检测框架1的两层包装膜16还在周缘完全封装并形成封闭的包装袋P；第一极片2，插入到第一集流体11和第一隔离膜13之间；第二极片3，插入到第二集流体12和第一隔离膜13之间；以及电解液4，收容在包装袋P内。
电池检测结构的成型过程如下：首先，在无水无氧的惰性环境(例如手套箱)中拆解电池，取出待检测的极片(正极极片和/或负极极片)，并冲切为方块状以形成第一极片2和第二极片3；然后，取出一个本发明第一方面所述的电池检测框架1，并将第一极片2和第二极片3分别插入到第一集流体11和第一隔离膜13之间以及第二集流体12和第一隔离膜13之间(由于电池检测框架1为层状结构，因此插入第一极片2时可以将第一集流体11翻开，然后放入第一极片2即可；第二极片3亦是如此)；然后，将电池检测框架1的两层包装膜16在两侧进行侧封，并通过两层包装膜16底部保留的开口处注液；最后，注液完成后将两层包装膜16的底部封装，从而使得两层包装膜16形成封闭的包装袋P。这样，就可以制备出一种叠片式的电池检测结构。
本发明的电池检测结构可用于电化学阻抗谱(EIS)、直流电阻(DCR)以及容量等测试，从而可以分析出第一极片2和第二极片3的电化学行为。本发明的电池检测结构可以方便地从极片水平上对不同类型和不同状态下的成品电池的组成部分的状态进行反向分离评估，有助于实现对电池中正极极片和负极极片等主要组成的状态进行全面系统的反向分析。同时，本发明的电池检测结构采用具有固定结构的电池检测框架1，大大地简化了电池检测结构的制备工艺，缩短了待检测的极片从拆解到二次封装的操作时间，提高检测效率。
参照图6，优选在第一隔离膜13的一表面粘贴绝缘胶带17，以保证第一隔离膜13仅在空白区A保持离子透过性，这样可以达到以下效果：第一，彻底解决了待检测样品(第一极片2和第二极片3)冲切和对位困难的问题，只需保证样品的尺寸大于空白区A的面积，即可实现本发明的电池检测结构测量范围的固定；第二，由于样品的测试区域(即与空白区A相对的区域)已被限定在特定的中心范围(空白区A)，那么在实际操作的过程中对样品剪裁和移动就可比较方便，可直接通过对非测量区域的操作来完成，而不必害怕破坏了样品的原始拆解状态，大大简化了实验难度，提高了实验效率，并且有利于保证测试结果的一致性和可重现性；最后，这种定域性表征手段对于一些状态分布不均匀的样品(如局部失效电池的电极)，还可方便地实现对样品进行局部分析表征。
本发明的电池检测结构中第一极片2和第二极片3的极性和状态可依据检测要求灵活设定。具体地，在一实施例中，第一极片2和第二极片3均由同一个电池的正极极片裁切而成，这样通过检测就可以得到这正极极片的阻抗特征。在另一实施例中，第一极片2和第二极片3均由同一个电池的负极极片裁切而成，这样通过检测就可以得到这负极极片的阻抗特征。在又一实施例中，一个电池检测结构中的第一极片2和第二极片3分别由循环老化后的正极极片和新鲜(未经使用的)的负极极片裁切而成，另一个电池检测结构中的第一极片2和第二极片3分别由新鲜的正极极片和新鲜的负极极片裁切而成，通过对这两个电池检测结构的测量和对比，即可判断出正极极片循环老化后的状态。当然，本发明的电池检测结构可实施的方式不限于此，通过改变第一极片2和第二极片3的极性和状态(例如老化或新鲜)，得到不同的检测信息。
进一步地，参照图7和图8，电池检测框架1的第一隔离膜13还形成有通孔H；所述电池检测结构还包括：第二隔离膜7，插入到第一极片2与第一隔离膜13之间，和/或第二极片3与第一隔离膜13之间。本发明的电池检测结构还可用于检测老化后的隔离膜的电化学信息(为了区别于电池检测框架1中新鲜的第一隔离膜13，待检测的隔离膜定义为第二隔离膜7)。在拆解电池后，裁切出循环老化后的隔离膜，并裁切为出多片第二隔离膜7，然后将各片第二隔离膜7插入到第一极片2与第一隔离膜13之间或第二极片3与第一隔离膜13之间(后续的封装、注液等步骤不再赘述)。此时，第一极片2和第二极片3优选为新鲜的负极极片。通过调整第二隔离膜7的层数，可以分析出第二隔离膜7的离子电阻及电导率等情况，从而实现对电池中隔离膜的状态进行全面系统的反向分析。另外，为了测试第二隔离膜7的离子电阻，需要在第一隔离膜13冲出一个通孔H。优选地，通孔H的位置与第一隔离膜13的空白区A的位置对应(也就是直接将空白区A切除以形成通孔H)。当然，为了检测第二隔离膜7的离子电阻，电池检测框架1可在成型过程中直接冲出通孔H，优选地，将绝缘胶带17粘贴到第一隔离膜13后一同冲孔。
参照图5、图6、图8及图10，第一极片2包括第一基体21和设置在第一基体21表面的第一涂层22，第二极片3包括第二基体31和设置在第二基体31表面的第二涂层32。其中，第一基体21在与第一集流体11相对的表面留有未被第一涂层22覆盖的空白区B。在将第一极片2插入第一集流体11和第一隔离膜13之间前，可以对第一极片2的非测量区域(即不与第一隔离膜13的空白区A对应的区域)的与第一集流体11相对的表面进行刮粉处理，以形成空白区B并露出第一基体21，这样可以保证第一极片2与第一集流体11间良好的电子接触，排除因接触问题带来的阻抗测试干扰。在此补充说明的是，实际上第一涂层22很薄，第一基体21在空白区B处与第一集流体11接触，图5和图10只是为了示出各部分的层状结构，所以图中未示出接触关系。
当然，第二基体31在与第二集流体12相对的表面也可留有未被第二涂层32覆盖的空白区B。
参照图9和图10，所述电池检测结构还包括：两个夹板5，分别从两侧夹持包装袋P；以及一个缓冲层6，夹持在包装袋P与一个夹板5之间。两个夹板5可以从两侧对包装袋P施加压力，以真实地模拟待检测的极片样品在原始电池内部所受压力环境，确保反向分析结果的真实性。缓冲层6可使夹板5施加的压力均匀地分布于包装袋P的表面，最大限度地确保总体界面压力的均匀性，从而提高测试数据的准确性。将碳粉装在无纺布中制成碳粉包，碳粉包作为缓冲层6。
Claims (10)
1.一种电池检测框架(1)，其特征在于，包括第一集流体(11)、第二集流体(12)、第一隔离膜(13)、第一极耳(14)、第二极耳(15)和两层包装膜(16)；
第一极耳(14)固定于第一集流体(11)，第二极耳(15)固定于第二集流体(12)，第一隔离膜(13)设置于第一集流体(11)和第二集流体(12)之间；
第一集流体(11)、第一隔离膜(13)和第二集流体(12)设置在两层包装膜(16)之间，两层包装膜(16)在顶部封装，且第一极耳(14)和第二极耳(15)从两层包装膜(16)顶部的封装处穿出。
2.根据权利要求1所述的电池检测框架(1)，其特征在于，
第一隔离膜(13)的一个表面粘贴有绝缘胶带(17)，且第一隔离膜(13)在该表面中部预留出未被绝缘胶带(17)覆盖的空白区(A)。
3.根据权利要求2所述的电池检测框架(1)，其特征在于，第一隔离膜(13)的空白区(A)的直径为14mm。
4.根据权利要求1所述的电池检测框架(1)，其特征在于，所述电池检测框架(1)还包括两个密封件(18)，一个密封件(18)环绕第一极耳(14)并夹持在两层包装膜(16)之间，另一个密封件(18)环绕第二极耳(15)并夹持在两层包装膜(16)之间。
5.根据权利要求1所述的电池检测框架(1)，其特征在于，
第一集流体(11)为铝箔，第一极耳(14)为铝极耳，第二集流体(12)为铝箔，第二极耳(15)为铝极耳；或
第一集流体(11)为铜箔，第一极耳(14)为镍极耳，第二集流体(12)为铜箔，第二极耳(15)为镍极耳；或
第一集流体(11)为铝箔，第一极耳(14)为铝极耳，第二集流体(12)为铜箔，第二极耳(15)为镍极耳。
6.一种电池检测结构，其特征在于，包括：
根据权利要求1-4中任一项所述的电池检测框架(1)，且电池检测框架(1)的两层包装膜(16)还在周缘完全封装并形成封闭的包装袋(P)；
第一极片(2)，插入到第一集流体(11)和第一隔离膜(13)之间；
第二极片(3)，插入到第二集流体(12)和第一隔离膜(13)之间；以及
电解液(4)，收容在包装袋(P)内。
7.根据权利要求6所述的电池检测结构，其特征在于，
电池检测框架(1)的第一隔离膜(13)还形成有通孔(H)；
所述电池检测结构还包括：第二隔离膜(7)，插入到第一极片(2)与第一隔离膜(13)之间，和/或第二极片(3)与第一隔离膜(13)之间。
8.根据权利要求6所述的电池检测结构，其特征在于，
第一极片(2)为正极极片，第二极片(3)为正极极片；或
第一极片(2)为负极极片，第二极片(3)为负极极片；或
第一极片(2)为正极极片，第二极片(3)为负极极片。
9.根据权利要求6所述的电池检测结构，其特征在于，
第一极片(2)包括第一基体(21)和设置在第一基体(21)表面的第一涂层(22)，第二极片(3)包括第二基体(31)和设置在第二基体(31)表面的第二涂层(32)；
第一基体(21)在与第一集流体(11)相对的表面留有未被第一涂层(22)覆盖的空白区(B)；和/或，第二基体(31)在与第二集流体(12)相对的表面留有未被第二涂层(32)覆盖的空白区(B)。
10.根据权利要求6所述的电池检测结构，其特征在于，所述电池检测结构还包括：
两个夹板(5)，分别从两侧夹持包装袋(P)；以及
一个缓冲层(6)，夹持在包装袋(P)与一个夹板(5)之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190405 |