CN110095517B - 用于对锂离子电池执行电化学分析的三电极装置 - Google Patents

Abstract

一种用于对电化学电池执行电化学分析的装置包括壳体、上部和下部堆叠保持器，以及第一、第二和第三集电器。壳体包括可以气密密封的内腔和延伸穿过该内腔的中心轴线。上部和下部堆叠保持器设置在内腔中并且配合以限定用于容纳负电极、正电极和居中安装参比电极的电极堆叠室。第一、第二和第三集电器至少部分地设置在内腔中。第一集电器可以电连接到负电极的第一侧和外部电路。第二集电器可以与正电极和外部电路电接触。第三圆柱形主体可以与居中安装参比电极和外部电路电接触。

Description

用于对锂离子电池执行电化学分析的三电极装置

技术领域

本公开涉及一种三电极装置，并且更具体地涉及一种用于对锂离子电池进行电化学分析的三电极装置。

背景技术

该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

作为背景，高能量密度的电化学电池单元(诸如锂离子电池组)可以用于各种消费产品和车辆，诸如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子、锂硫和锂-锂对称电池组包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔板。一个电极用作正电极或阴极，而另一个电极用作负电极或阳极。可以电连接电池组电池堆叠以增加总输出。

可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间来回可逆地传递锂离子来操作。隔板和电解质设置在负电极与正电极之间。电解质适合于传导锂离子，并且可以是固体(例如，固态扩散)或液体形式。锂离子在电池组充电期间从阴极(正电极)移动到阳极(负电极)，并且在电池组放电时沿相反方向移动。可能需要对电池组或电池组的某些部件(诸如阴极和阳极)进行电化学分析。

发明内容

本部分提供了对本公开的总体概述，而并未全面公开其全部范围或其所有特征。

在某些方面，本公开提供了一种用于进行电化学电池的电化学分析的装置。该装置包括壳体、第一集电器、上部堆叠保持器、下部堆叠保持器、第二集电器和第三集电器。壳体包括第一非导电材料。壳体还包括可以气密密封的内腔和延伸穿过内腔的中心轴线。第一集电器至少部分地设置在内腔中。第一集电器包括第一导电材料。第一集电器包括第一圆柱形主体，其沿中心轴线延伸。第一圆柱形主体可以与负电极的第一侧和外部电路电接触。上部堆叠保持器设置在内腔中。上部堆叠保持器包括上部环形主体，其包括第二非导电材料。上部堆叠保持器包括上部居中设置开口。中心轴线延伸穿过上部居中设置开口。上部堆叠保持器的上部环形主体围绕第一集电器的第一圆柱形主体的外周表面的至少一部分设置。下部堆叠保持器设置在内腔中。下部堆叠保持器包括下部环形主体，其包括第三非导电材料。下部环形主体包括下部居中设置开口。中心轴线延伸穿过下部居中设置开口。下部堆叠保持器限定了基本平行于中心轴线延伸的第一堆叠孔。下部堆叠保持器的下部居中设置开口与上部堆叠保持器的上部居中设置开口配合以限定电极堆叠室。电极堆叠室可以容纳负电极、正电极和居中安装参比电极。第二集电器至少部分地设置在下部堆叠保持器的下部居中设置开口内。第二集电器包括第二导电材料。第二集电器包括第二圆柱形主体。第二圆柱形主体沿中心轴线延伸。第二圆柱形主体可以与正电极和外部电路电接触。第三集电器包括第三导电材料。第三集电器具有第三圆柱形主体。第三圆柱形主体至少部分地设置在第一堆叠孔中。第三圆柱形主体可以与居中安装参比电极和外部电路电接触。

一方面，该装置还包括第四集电器和第五集电器。第四集电器包括第四导电材料。第四集电器包括第四圆柱形主体。第四圆柱形主体至少部分地设置在下部堆叠保持器的下部环形主体的第二堆叠孔中。第二堆叠孔基本上平行于中心轴线延伸。第四集电器可以与负电极的与负电极的第一侧相对的第二侧和外部电路电接触。第五集电器包括第五导电材料。第五集电器包括第五圆柱形主体。第五圆柱形主体至少部分地设置在下部堆叠保持器的下部环形主体的第三堆叠孔中。第三堆叠孔基本上平行于中心轴线延伸。第五集电器可以与辅助电极电接触，其邻近第三堆叠孔设置并且位于上部堆叠保持器与下部堆叠保持器之间。

一方面，该装置还包括多个管脚和多个压缩弹簧。多个管脚包括第一管脚、第二管脚和第三管脚。第一管脚、第二管脚和第三管脚中的每一个包括头部和轴。多个压缩弹簧包括第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧。上部堆叠保持器的上部环形主体包括第一上部堆叠表面和与第一上部堆叠表面相对的第二上部堆叠表面。上部环形主体限定多个埋头孔。埋头孔在第一上部堆叠表面与第二上部堆叠表面之间延伸。埋头孔基本上平行于中心轴线延伸。多个埋头孔包括第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔。第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔分别与第一堆叠孔、第二堆叠孔和第三堆叠孔轴向对齐。第一管脚、第二管脚和第三管脚分别至少部分地设置在第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔中。第一管脚的轴可以接合第三集电器。第二管脚的轴可以接合第四集电器。第三管脚的轴可以接合第五集电器。多个压缩弹簧接合多个管脚的相应头部以将第一管脚、第二管脚和第三管脚分别保持与第三集电器、第四集电器和第五集电器接合。

一方面，该装置还包括弹簧保持盖。弹簧保持盖包括盖环形主体。盖环形主体接合第一上部堆叠表面以将第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧分别保持在第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔中。

一方面，弹簧保持盖包括第四非导电材料。

一方面，下部堆叠保持器的下部环形主体包括第一下部堆叠表面、与第一下部堆叠表面相对的第二下部堆叠表面，以及环形突起。第一堆叠表面接合上部堆叠保持器。环形突起从第一下部堆叠表面延伸。环形突起邻近下部堆叠保持器的下部居中设置开口设置。第一堆叠孔、第二堆叠孔和第三堆叠孔各自设置在环形突起的径向外侧。

一方面，第二集电器的第二圆柱形主体包括平台和凸缘。该平台至少部分地设置在下部堆叠保持器的下部居中设置开口内。凸缘从平台径向向外突起。第二圆柱形主体包括可以与正电极接合的第一主体表面和与第一主体表面相对的第二主体表面。第二集电器还包括杆。杆从第二主体表面延伸。杆基本上与中心轴线对齐。杆至少部分地设置在内腔的外部以用于连接到外部电路。凸缘限定第一凸缘孔、第二凸缘孔和第三凸缘孔。第一凸缘孔基本上与下部堆叠保持器的第一堆叠孔轴向对齐。第二凸缘孔基本上与下部堆叠保持器的第二堆叠孔轴向对齐。第三凸缘孔基本上与下部堆叠保持器的第三堆叠孔轴向对齐。第三集电器至少部分地设置在第一凸缘孔中。第四集电器至少部分地设置在第二凸缘孔中。第五集电器至少部分地设置在第三凸缘孔中。

一方面，上部堆叠保持器的上部环形主体包括第一上部堆叠表面和与第一上部堆叠表面相对的第二上部堆叠表面。第二上部堆叠表面接合第一下部堆叠表面。第二上部堆叠表面限定盲孔。下部堆叠保持器还限定第四堆叠孔。第四堆叠孔设置在环形突起的径向外侧。第四堆叠孔基本上平行于中心轴线延伸。第二集电器的凸缘还限定第四凸缘孔。第四凸缘孔基本上与第四堆叠孔轴向对齐。轴向管脚延伸穿过第四凸缘孔、第四堆叠孔和盲孔。

一方面，第四导电材料包括铜。第五导电材料包括铜。

一方面，第三集电器包括第一导线。第一导线部分地设置在内腔的外部以用于连接到外部电路。第四集电器包括第二导线。第二导线部分地设置在内腔的外部以用于连接到外部电路。第五集电器包括第三导线，其部分地设置在内腔外部以用于连接到外部电路。

一方面，该装置还包括中心压缩弹簧。第一集电器的第一圆柱形主体包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。第一表面限定圆柱形凹陷部。圆柱形凹陷部关于中心轴线居中。第二表面可以接合负电极的第一侧。第一集电器还包括杆。杆从圆柱形凹陷部的凹陷表面延伸。杆至少部分地设置在内腔的外部以用于连接到外部电路。中心压缩弹簧围绕杆设置。中心压缩弹簧可以压缩并接合壳体和第一集电器以将第一集电器保持与负电极接合。

一方面，该装置还包括径向管脚。径向管脚至少部分地设置在限定于第一集电器的第一圆柱形主体的外周表面中的盲孔中。径向管脚从第一圆柱形主体的外周表面向外径向延伸。径向管脚可以接合上部堆叠保持器以防止第一集电器相对于上部堆叠保持器旋转。

一方面，该装置还包括第一导电盘和第二导电盘。第一导电盘包括第二导电材料。第一导电盘可以设置在正电极与第二集电器之间并且电连接到正电极和第二集电器。第一导电盘至少部分地设置在下部居中设置开口内。第二导电盘包括第一导电材料。第二导电盘可以设置在第一集电器与负电极之间并且电连接到第一集电器和负电极。第二导电盘至少部分地设置在上部居中设置开口内。

一方面，第一导电材料包括铜。第二导电材料包括铝。

一方面，第三导电材料包括玻璃碳。

一方面，第三集电器包括包含玻璃碳的导线。导线至少部分地设置在包括黄铜的管内。

一方面，壳体包括底座和盖。底座包括底座圆柱形主体。底座圆柱形主体限定第一腔体。底座圆柱形主体包括第一多个螺纹。盖包括盖圆柱形主体。盖圆柱形主体限定第二腔体。盖圆柱形主体包括第二多个螺纹。第二多个螺纹接合第一多个螺纹以将盖固定到底座。第一腔体和第二腔体配合以限定壳体的内腔。

本公开在其它方面提供了一种用于对电化学电池执行电化学分析的装置。该装置包括壳体、第一集电器、上部堆叠保持器、下部堆叠保持器、参比电极组件、辅助电极、第二集电器、第三集电器、第四集电器和第五集电器。壳体包括非导电材料。壳体具有内腔。内腔可以是气密密封的。中心轴线延伸穿过内腔。第一集电器至少部分地设置在内腔中。第一集电器包括第一导电材料。第一集电器包括第一圆柱形主体。第一圆柱形主体沿中心轴线延伸。第一圆柱形主体与负电极的第一负电极侧和外部电路电接触。上部堆叠保持器设置在内腔中。上部堆叠保持器具有包括非导电材料的上部环形主体。上部环形主体包括上部居中设置开口。中心轴线延伸穿过上部居中设置开口。上部堆叠保持器的上部环形主体围绕第一集电器的第一圆柱形主体的外周表面的至少一部分设置。下部堆叠保持器设置在内腔中。下部堆叠保持器具有包括非导电材料的下部环形主体。下部环形主体包括下部居中设置开口。中心轴线延伸穿过下部居中设置开口。下部堆叠保持器限定多个堆叠孔，其基本上平行于中心轴线延伸，其中该多个堆叠孔包括第一堆叠孔、第二堆叠孔和第三堆叠孔。下部堆叠保持器的下部居中设置开口与上部堆叠保持器的上部居中设置开口配合以限定电极堆叠室。参比电极组件包括隔板、导电负电极触点、参比电极和参比电极连接器。隔板包括第一隔板表面和与第一隔板表面相对的第二隔板表面。导电负电极触点设置在第一隔板表面上。导电负电极触点接合下部堆叠保持器。导电负电极触点在第二堆叠孔的一端上延伸。参比电极设置在第二隔板表面上。参比电极关于中心轴线居中。参比电极连接器设置在第二隔板表面上。参比电极连接器电连接到参比电极。参比电极连接器接合下部堆叠保持器。参比电极连接器在第三堆叠孔的一端上延伸。参比电极组件可以在电极堆叠室内设置于负电极与正电极之间。辅助电极设置在上部堆叠保持器与下部堆叠保持器之间。辅助电极在堆叠第三孔上延伸。辅助电极设置在参比电极组件的径向外侧。第二集电器至少部分地设置在下部堆叠保持器的下部居中设置开口内。第二集电器包括第二导电材料。第二集电器包括第二圆柱形主体。第二圆柱形主体沿中心轴线延伸。第二圆柱形主体可以与正电极和外部电路电接触。第三集电器包括第三导电材料。第三集电器具有第三圆柱形主体。第三圆柱形主体至少部分地设置在第一堆叠孔中。第三圆柱形主体与参比电极和外部电路电接触。第四集电器包括第四导电材料。第四集电器具有第四圆柱形主体。第四圆柱形主体至少部分地设置在第二堆叠孔中。第四集电器可以与第二负电极侧和外部电路电接触。第五集电器包括第五导电材料。第五集电器具有第五圆柱形主体。第五圆柱形主体至少部分地设置在第三堆叠孔中。第五集电器与辅助电极和外部电路电接触。

一方面，该装置还包括多个管脚和多个压缩弹簧。多个管脚包括第一管脚、第二管脚和第三管脚。第一管脚、第二管脚和第三管脚中的每一个包括头部和轴。多个压缩弹簧包括第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧。上部堆叠保持器的上部环形主体包括第一上部堆叠表面和与第一上部堆叠表面相对的第二上部堆叠表面。上部环形主体限定在第一上部堆叠表面与第二上部堆叠表面之间延伸的多个埋头孔。埋头孔基本上平行于中心轴线延伸。多个埋头孔包括第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔。第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔分别与第一堆叠孔、第二堆叠孔和第三堆叠孔轴向对齐。第一管脚、第二管脚和第三管脚分别至少部分地设置在第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔中。第一管脚的轴可以接合第三集电器，第二管脚的轴可以接合第四集电器，并且第三管脚的轴可以接合第五集电器。多个压缩弹簧接合多个管脚的相应头部以将第一管脚、第二管脚和第三管脚分别保持与第三集电器、第四集电器和第五集电器接合。

从本文所提供的描述中将明白进一步应用领域。发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所述的附图仅用于选定实施例而非全部可能实施方案的说明目的并且不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的某些方面的包括居中安装参比电极的电极堆的分解视图；

图2是根据本公开的某些方面的用于对图1的电极堆叠执行电化学分析的三电极装置的透视图，该三电极装置处于组装状态；

图3是图2的三电极装置处于部分组装状态的透视图；

图4A至4D是图2的三电极装置的分解视图；图4A示出了三电极装置；图4B示出了上部外壳和第一集电器组件；图4C示出了内部组件、图1的电极堆叠、辅助电极和第二集电器组件；并且图4D示出了下部外壳和支架；以及

图5A至5C是图2的三电极装置的横截面视图；图5A示出了三电极装置；图5B示出了将第一集电器固定到上部堆叠保持器上的管脚；并且图5C示出了将第二集电器、下部堆叠保持器和上部堆叠保持器彼此固定的另一个管脚。

对应附图标记在附图的全部几个视图中指示对应的部分。

具体实施方式

提供示例性实施例使得本公开将是详尽的，并且将向本领域技术人员完整地传达范围。陈述数种具体细节(诸如具体部件、装置和方法的示例)以提供对本公开的实施例的详尽理解。本领域技术人员将明白的是，不需要采用具体细节、可以许多不同形式实施示例性实施例，且不应被解释为限制本公开的范围。在某些示例性实施例中，没有详细描述公知程序、公知装置结构和公知技术。

本文所使用的术语仅仅用于描述特定示例性实施例的目的并且不旨在限制。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”是包括性的并且因此规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。虽然开放式术语“包括”应当被理解为用于描述和要求保护本文所述的各种实施例的非约束性术语，但是在某些方面中，该术语可替代地反而应当被理解为更具限制性和约束性的术语，诸如“由……组成”或“基本上由……组成”。因此，对于叙述组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由这些叙述的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成或基本上由它们组成的实施例。在“由……组成”的情况下，替代实施例排除任何另外的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本上由……组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何另外的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤从这样的实施例中排除，但是实质上不影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以包括在该实施例中。

除非具体识别为执行顺序，否则本文描述的任何方法步骤、过程以及操作不应被理解为必须需要以所讨论或说明的特定顺序来执行所述方法步骤、过程以及操作。还应当理解的是，除非另有指示，否则可以采用另外的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个元件或层上、接合、连接或联接到另一个元件或层，或者可以存在介入元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可以不存在介入元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似方式解译(例如，“在其间”对“直接在其间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项的任何和所有组合。

除非另有指示，否则虽然术语第一、第二、第三等可以在本文用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以只用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部分。除非上下文明确指示，否则诸如“第一”、“第二”等术语和其它数字术语在本文使用时并不暗示顺序或次序。因此，下文讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分而不脱离开示例实施例的教导。

为了便于描述可以在本文使用诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上面”等空间或时间相对术语来如图中所说明般描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在除图中描绘的定向外还涵盖使用或操作中的装置或系统的不同定向。

在整个公开中，数值表示近似测量值或范围极限以涵盖与给定值和具有约所提及值的实施例以及确切地具有所提及值的实施例的细微偏差。除了在详细描述结束时所提供的工作示例之外，包括所附权利要求书的本说明中的(例如，量或条件的)参数的所有数值应当被理解为在所有情况中被术语“约”修饰，而不论数值前面实际上是否出现“约”。“约”指示所述数值允许一定的略微不精确(一定程度上近似于该值的精确度；近似地或合理地接近该值；几乎)。如果由“约”提供的不精确不在本领域中作此通常意义的另外理解，则如本文所使用的“约”至少指示可以由测量和使用这些参数的普通方法引起的变动。例如，“约”可以包括小于或等于5％的变化，可选地小于或等于4％，可选地小于或等于3％，可选地小于或等于2％，可选地小于或等于等于1％，可选地小于或等于0.5％，并且在某些方面中，可选地小于或等于0.1％。

另外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对该范围给定的端点和子范围。

现在将参考附图更完整地描述示例性实施例。

可能需要对阳极和阴极(诸如商业阳极和阴极)执行电化学分析。电化学分析可以产生对HEV和EV中的控制系统的校准，其涉及快速充电、锂电镀、充电状态和功率估计。可以通过组装包括阳极、阴极和参比电极的电化学电池来分析阳极和阴极。当电池循环时，参比电极能够监测单独的阳极和阴极电位。可能需要测量阳极和阴极的相应中心处的单独电位。

现有的参比电极可以是侧面安装的。即，参比电极沿包括负电极、正电极、一个或多个隔板和参比电极的电极堆叠的周边设置。使用侧面安装的参比电极的电化学分析具有某些缺点。首先，特别是在高电流密度下，电极堆叠周边的电压测量值可能是不准确的。在高电流密度(例如，大于或等于5mA/cm2的电流密度)下利用阳极和阴极可能是不均匀的，使得电极中心的电压(即，目标测量值)不同于电极周边的电压(即，实际测量值)。其次，在使用侧面安装的电极时，在测试装置内组装电极堆叠期间易于移位的电极对齐具有更高的重要性。更具体地，因为通常在正电极与负电极之间的中点处测量电位，所以电极之一的错位可能导致测量的电位偏向更靠近一个电极或另一个电极。小至几分之一毫米的移动可能导致不准确的电压测量值。

在各个方面，本公开提供了一种用于对电化学电池执行电化学分析的装置。该装置可以容纳包括三个电极的电极堆叠：阳极、阴极和居中安装参比电极。使用居中安装参比电极能够测量阳极和阴极的相应中心的电压，并最小化电极堆叠对齐的重要性。此外，在高电流密度下(诸如大于或等于5mA/cm2、任选地大于或等于5mA/cm2且小于或等于20mA/cm2、任选地大于或等于10mA/cm2且小于或等于15mA/cm2的电流密度)使用居中安装参比电极可能是特别有利的。

该装置可以包括机械对齐特征以使得经过最低限度训练的操作者能够处理和组装电极堆叠和用于分析的装置。当操作者需要在惰性环境(诸如手套箱)中工作并且穿戴笨重的保护设备(诸如降低灵活性的手套时(例如，当锂离子电池组电池在惰性环境中组装时)，使用具有对齐特征的易于处理的部件是特别有利的。该装置可以包括对电极堆叠的所有三个电极的稳定支撑和用于连接到外部电路(例如，包括测试设备的电路)的可靠电连接。电连接可以包括与阳极的两个不同连接，使得其电压可以在前侧和后侧进行测量。该装置的可靠性使其可用于广泛的电分析技术以用于在任何寿命阶段表征电化学电池。测量可以是不显眼的，使得它们不会改变电池的性能特性。作为非限制性示例，测量可以包括与快速充电、锂电镀、充电状态和功率估计有关的校准。

参考图1，提供电极堆叠10。电极堆叠可以包括负电极或阳极12、正电极或阴极14、隔板16和参比电极组件18。负电极12、正电极14、隔板16和参比电极组件18可以堆叠在彼此的顶部上并且沿中心轴线20对齐。负电极12可以设置在电极堆叠10的第一端或上端，而正电极14可以设置在电极堆叠10的与负电极12相对的第二端或底端。隔板16可以设置在负电极12与正电极14之间。参比电极组件18可以设置在负电极12与隔板16之间。

作为非限制性示例，负电极12可以包括锂插入材料或合金基质材料。用于形成阳极的典型电活性材料包括：锂-石墨嵌入化合物、锂-硅嵌入化合物、锂-锡嵌入化合物和锂合金。负电极12也可以由金属锂制成，使得电化学电池被认为是锂金属电池组或电池。在某些变型中，负电极12还可以包括导电材料，以及一种或多种聚合物粘合剂材料以在结构上将电活性材料和任选的导电材料保持在一起。

正电极14可以由锂基活性材料形成，该材料可以充分地进行锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金或电镀和剥离。用于正电极14的电活性材料可以包括一种或多种过渡金属，诸如锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、钒(V)以及它们的组合。可以用于形成正电极14的两种示例性常见类型的已知电活性材料是具有层状结构的锂过渡金属氧化物和具有尖晶石相的锂过渡金属氧化物。在锂-硫电池组中，正极可以具有元素硫作为活性材料或含硫活性材料。在某些变型中，此类活性材料可以与任选的导电材料和至少一种聚合物粘合剂材料混合，以在结构上强化锂基活性材料以及分布在其中的任选的导电颗粒。

隔板16可以是多孔的并且可以通过夹置在负电极12与正电极14之间而充当电绝缘体和机械支撑件以防止物理接触并因此防止发生短路。除了在两个电极12、14之间提供物理屏障之外，隔板16还可以在锂离子循环期间为锂离子(和相关阴离子)的内部通过提供最小电阻路径以促进电化学电池的运作。

作为非限制性示例，在某些情况下，隔板16可以包括包含聚烯烃的微孔聚合物隔板。聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体成分)或杂聚物(衍生自一种以上的单体成分)，其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可以呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些排列。类似地，如果聚烯烃是衍生自两种以上的单体成分的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或PE与PP的共混物，或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。

参比电极组件18可以包括另一个隔板22，其具有第一表面24(或第一隔板表面)和与第一表面24相对的第二表面26(或第二隔板表面)。隔板22可以类似于上述隔板16。第一表面24可以朝向负电极12设置，而第二表面26可以朝向正电极14设置。参比电极28可以设置在第二表面26上。负电极触点30可以设置在第一表面24上。参比电极组件18的一个合适示例在第15/252,539号美国专利申请(申请日：2016年8月31日；标题：“参比电极”；发明人：Brian J.Koch、Ashley McAllister、Robert S.Conell)中进行了讨论，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

负电极12和正电极14都可以为盘形，但是这种形状是非限制性的。在这种变型中，隔板16可以具有与负电极12和正电极14相同的形状，在这里是盘形主体32，其具有从盘形主体32的周边延伸的两个相对的突片34。参比电极组件18的隔板22可以具有盘形主体36以及从盘形主体36的周边延伸的第一相对突片38-1和第二相对突片38-2。参比电极28可以为盘形并且具有比隔板22的盘形主体更小的直径。参比电极28可以沿中心轴线20居中。负电极触点30可以从隔板22的中心(即，与中心轴线20对齐)延伸到第一相对突片38-1。参比电极组件18可以包括从参比电极28延伸到第二相对突片38-2的参比电极连接器42。

负电极触点30可以直接接合并电连接到负电极12。负电极触点30可以包括溅射在隔板22的第一表面上的金属，诸如铜。负电极触点30可以是薄且多孔的(使得离子可以穿过负电极触点30)。隔板22可以设置在负电极触点30与参比电极28之间以防止负电极触点与参比电极28之间的直接接触。参比电极28可以接合隔板16。

参比电极28可以是多孔的(使得离子可以穿过参比电极28)。除了非常低的充电状态或非常高的充电状态之外，参比电极28可以包括具有基本恒定电压的材料而不管充电状态如何。可以将相对恒定的电压与电化学电池中的其它点处的电压进行比较。作为非限制性示例，参比电极28可以包括锂嵌入化合物，其可以为金属氧化物，诸如磷酸锂铁和钛酸锂。参比电极28可以在广泛的x值范围内(例如，0.1<x<0.9)表现出恒定的平衡电位。在制造时，参比电极28通常不在上述范围的范围内，因此可以通过在使用前移除锂来对该参比电极充电。可以侧面安装的单独的辅助参比电极(参见例如图4A的辅助电极330)可以用于设定参比电极28的电压。在各个方面，在锂离子电池组中，作为非限制性示例，辅助电极可以包括锂金属。在钠离子电池组中，作为非限制性示例，辅助电极可以包括金属钠。

参考图2至3，提供了根据本公开的某些方面的三电极装置或固定装置50(“装置”)。装置50可以用于对电化学电池(诸如锂离子电池组)执行电化学分析。更具体地，电极堆叠10可以连接到装置50以在循环期间监测单独的负电极12和正电极14的电位。电极堆叠10可从装置50中移除使得可以测试不同的电极堆叠10。在某些变型中，隔板16和/或参比电极组件18可以被认为是装置的一部分。在其它变型中，不同的隔板16和参比电极组件18用于在装置50中测试的每个不同的负电极12和正电极14。

装置50通常可以包括壳体52、第一或上部集电器组件54、内部组件56、沿中心轴线或装置轴线59对齐的第二或下部集电器组件58。装置50还可以包括保持器60。壳体52可以包括第一或上部外壳62(也称为盖62)和第二或下部外壳64。在某些变型中，隔板16和/或参比电极组件18可以被认为是装置50的一部分。

参考图4A至5C，上部外壳62和下部外壳64可以配合以限定内腔66，该内腔具有延伸穿过其中的装置轴线59。当组装该装置50时，内部组件56可以完全设置在内腔66中。上部集电器组件54和下部集电器组件58可以各自至少部分地设置在内腔66中并且延伸到壳体52的外部以用于连接到外部电路(未示出)以进行电化学分析。电极堆叠10可以设置在内腔66中，使得电极堆叠10的中心轴线20与装置轴线59基本对齐。如下面将更详细描述的，内部组件56内的第一或上部堆叠保持器68和下部集电器组件58中的第二或下部堆叠保持器70可以配合以固定电极堆叠10以进行分析。电极堆叠10可以电连接到上部集电器组件54中的第一集电器172、下部集电器组件58中的第二集电器74，以及壳体52的下部外壳64中的第三集电器76、第四集电器78和第五集电器80。

下部集电器组件58可以包括下部堆叠保持器70、第二集电器74、轴向管脚184和第一导电盘85。下部堆叠保持器70(图4C)可以包括环形主体86(或“下部环形主体”)，其限定居中设置开口88(或“下部居中设置开口”)。装置轴线59可以延伸穿过下部居中设置开口88的中心。下部环形主体86可以包括第一或上部表面90(或“第一下部堆叠表面”)和与第一表面90相对的第二或下部表面92(或“第二下部堆叠表面”)。第一表面90和第二表面92可以是平面的，基本上彼此平行，并且基本垂直于装置轴线59。环形突起94可以从第一表面90沿轴向方向(即，平行于装置轴线59)延伸。环形突起94可以邻近下部居中设置开口88设置并且具有内周表面95。环形突起94可以包括两个相对切口或通道96，其具有与第一表面90共面或齐平的相应表面。切口96可以向下部居中设置开口88敞开。环形突起94还可以包括径向孔97。径向孔97可以在环形突起94上轴向居中。在各个方面，径向孔97可以具有大于或等于约0.5mm且小于或等于约0.75mm的直径。

下部环形主体86还可以限定多个周向设置的孔98，其可以包括四个孔。每个周向设置的孔98可以等间隔在两个其它周向设置的孔98之间。周向设置的孔98可以在第一表面90与第二表面92之间延伸。孔98可以基本上平行于装置轴线59延伸(即，孔98的轴线基本上平行于装置轴线59)。多个周向设置的孔98可以包括第一孔98-1(或“第一堆叠孔”)，第二孔98-2(或“第二堆叠孔”)、第三孔98-3(或“第三堆叠孔”)和第四孔98-4(或“第四堆叠孔”)。第一孔98-1可以与第二孔98-2相对设置，而第三孔98-3可以与第四孔98-4相对设置。第一孔98-1和第二孔98-2可以邻近切口96设置。径向孔97可以邻近第三孔98-3设置。

第二集电器74可以包括平台104、圆柱形杆106，以及轴向设置在平台104与杆106之间的径向延伸凸缘108。在各个方面，平台104和凸缘108可以统称为圆柱形主体(或“第二圆柱形主体”)。平台104、杆106和凸缘108可以是同轴的，使得它们的中心彼此对齐。此外，平台104、杆106和凸缘108的相应中心可以与装置轴线59对齐。平台104可以包括基本垂直于装置轴线59延伸的第一或上部表面110(或“第一主体表面”)和基本垂直于第一表面110延伸的外周表面112。凸缘108可以包括凸缘表面114和与凸缘表面114相对的第二或下部表面116(或“第二主体表面”)。凸缘表面114和第二表面116可以是平面的，基本上彼此平行，并且基本垂直于装置轴线59。凸缘108可以限定多个周向设置的孔118，其在凸缘表面114与第二表面116之间延伸。周向设置的孔118可以基本上平行于装置轴线59延伸。多个周向设置的孔118可以包括第一孔118-1(或“第一凸缘孔”)、第二孔118-2(或“第二凸缘孔”)、第三孔118-3(或“第三凸缘孔”)和第四孔118-4(或“第四凸缘孔”)。每个周向设置的孔118可以等间隔在两个其它周向设置的孔118之间。

第一导电盘85可以放置在平台104的第一表面110上。下部堆叠保持器70、第二集电器74和第一导电盘85可以沿装置轴线59对齐。下部堆叠保持器70的第一孔98-1、第二孔98-2、第三孔98-3和第四孔98-4可以与第二集电器74的相应的第一孔118-1、第二孔118-2、第三孔118-3和第四孔118-4对齐。第二集电器74的凸缘表面114可以接合下部堆叠保持器70的第二表面92。第二集电器74的第一导电盘85和平台104可以至少部分地设置在下部堆叠保持器70的下部居中设置开口88内。平台104与下部居中设置开口88之间的配合可以是紧密的，使得平台104的外周表面112接合下部堆叠保持器70的环形突起94的内周表面95。轴向管脚184可以延伸穿过第四孔98-4、118-4以防止第二集电器74相对于下部堆叠保持器70围绕装置轴线59旋转。

内部组件56可以包括上部堆叠保持器68、多个压力管脚124、多个压缩弹簧126、弹簧保持盖128、第二导电盘130、多个螺纹紧固件132和O-环134(图5A)。上部堆叠保持器68可以具有环形主体138(或“上部环形主体”)，其限定居中设置开口139(或“上部居中设置开口”)。装置轴线59可以延伸穿过上部居中设置开口139。上部环形主体138可以包括第一或上部表面140(或“第一上部堆叠表面”)和与第一表面140相对的第二或下部表面142(或“第二上部堆叠表面”)。第一表面140和第二表面142可以是平面的，并且基本上彼此平行地并基本垂直于装置轴线59延伸。第一表面140可以限定邻近上部居中设置开口139设置的凹陷部或凹口143，并且向上部居中设置开口139敞开。凹口143无法一直延伸穿过上部环形主体138到达第二表面142。第二表面142可以限定环形凹槽144(图5A)。环形凹槽144可以邻近上部居中设置开口139设置，并且可以向上部居中设置开口139敞开。上部环形主体138可以包括多个周向设置的孔，其可以是多个埋头孔145。埋头孔145可以从第一表面140延伸到第二表面142。埋头孔145可以基本上平行于装置轴线59延伸。第二表面142还可以限定从环形凹槽144径向向外设置的孔146(图5C)。孔146可以是盲孔。

上部环形主体138还可以限定多个周向设置的螺纹孔147。螺纹孔147可以基本上平行于装置轴线59延伸。多个螺纹孔147可以包括多个(例如，四个)不同的螺纹孔。埋头孔145和螺纹孔147的相应中心可以相对于装置轴线59设置在基本相同的半径处。

上部环形主体138可以包括径向延伸凸缘148。径向延伸凸缘148可以邻近上部环形主体138的第一表面140设置。径向延伸凸缘148可以包括第三表面149，其与第一表面140相对并且基本平行于第一表面140。第一表面140可以限定环形凹槽150。O形环134(图5A)可以至少部分地设置在环形凹槽150内。

多个压力管脚124可以包括第一压力管脚124-1、第二压力管脚124-2和第三压力管脚124-3。每个压力管脚124可以包括轴156和头部158。压力管脚124可以至少部分地设置在埋头孔145内。更具体地，第一压力管脚124-1可以至少部分地设置在第一埋头孔145-1内，第二压力管脚124-2可以至少部分地设置在第二埋头孔145-2内，并且第三压力管脚124-3可以至少部分地设置在第三埋头孔145-3内。

多个压缩弹簧126可以包括第一压缩弹簧126-1、第二压缩弹簧126-2和第三压缩弹簧126-3。压缩弹簧126可以至少部分地设置在埋头孔145内。更具体地，第一压缩弹簧126-1可以至少部分地设置在第一埋头孔145-1内，第二压缩弹簧126-2可以至少部分地设置在第二埋头孔145-2内，并且第三压缩弹簧126-3可以至少部分地设置在第三埋头孔145-3内。压缩弹簧126可以接合压力管脚124的相应头部158。

弹簧保持盖128可以包括环形主体166(或“盖环形主体”)，其限定居中设置开口168(或“盖居中设置开口”)。装置轴线59可以延伸穿过盖居中设置开口168。弹簧保持盖128可以包括第一或上部表面170以及与第一表面170相对的第二或下部表面172。第一表面170和第二表面172可以是平面的，并且基本上彼此平行地并基本垂直于装置轴线59延伸。盖环形主体166可以限定多个孔174。多个孔174中的孔的数量可以等于上部堆叠保持器68中的螺纹孔147的数量。因此，多个孔174可以包括四个孔174。盖环形主体166还可以包括轴向凹槽176，其从第一表面170延伸到第二表面172。轴向凹槽176可以邻近盖居中设置开口168设置，并且可以向盖居中设置开口168敞开。

上部堆叠保持器68和弹簧保持盖128可以沿装置轴线59对齐。弹簧保持盖128中的多个孔174可以与上部堆叠保持器68中的多个螺纹孔147对齐，使得孔174与相应的螺纹孔147同轴。弹簧保持盖128的轴向凹槽176可以与上部堆叠保持器68的凹口143轴向对齐。弹簧保持盖128的盖环形主体166的第二表面172可以接合上部堆叠保持器68的上部环形主体138的第一表面140。这种接合可以压缩或激励压缩弹簧126以确保压缩弹簧126与压力管脚124保持接触。

多个螺纹紧固件132可以包括四个螺纹紧固件132。螺纹紧固件132可以延伸穿过弹簧保持盖128中的相应孔174并进入上部堆叠保持器68的相应螺纹孔147中，以将弹簧保持盖128固定到上部堆叠保持器68。更具体地，螺纹紧固件132的螺纹可以接合螺纹孔147的相应配合螺纹。因此，压缩弹簧126和压力管脚124保持在相应的埋头孔145内。第二导电盘130可以至少部分地设置在上部堆叠保持器68的上部居中设置开口139内。

上部集电器组件54(图4B)可以包括第一集电器172、径向管脚182、中心压缩弹簧184和O形环186(图5A)。第一集电器172可以包括沿装置轴线59延伸的圆柱形主体192(“第一圆柱形主体”)。圆柱形主体192可以包括第一或上部表面194和第二或下部表面196。第一表面194和第二表面196可以是平面的，并且基本上彼此平行地并基本垂直于装置轴线59延伸。第一表面194可以限定中心圆柱形凹陷部198。圆柱形杆200可以从中心圆柱形凹陷部198的下部表面延伸。杆200可以朝向第一表面194延伸并越过第一表面194。

中心压缩弹簧184可以围绕杆200的外表面202设置。中心压缩弹簧184的一端可以设置在中心圆柱形凹陷部198内。杆200的外表面202可以限定圆形凹槽204。圆形凹槽204可以从杆200的外表面202径向向内延伸。O形环186(图5A)可以至少部分地设置在圆形凹槽204内。

圆柱形主体192可以包括外周表面206。外周表面206可以限定径向向内延伸的圆柱形孔208。孔208可以是盲孔。径向管脚182可以部分地设置在孔208内。径向管脚182可以从第一集电器172的圆柱形主体192的外周表面206径向向外突起。

壳体52的下部外壳64可以包括底座216、三个连接器218、螺纹连接器219、第三集电器76、第四集电器78、第五集电器80和O形环220(图5A)。底座216(图4D)可以包括沿装置轴线59延伸的圆柱形主体226(“底座圆柱形主体”)。底座216可以包括第一或上部表面228和与第一表面228相对的第二或下部表面230。第一表面228和第二表面230可以是平面的，并且基本上彼此平行地并基本垂直于装置轴线59延伸。

底座圆柱形主体226可以包括外周表面232。外周表面232可以限定多个螺纹233(图5A)。在各个方面，多个螺纹233可以被称为第一多个螺纹233。螺纹233可以邻近第一表面228设置。第一表面228可以限定圆柱形腔体234。在各个方面，腔体234可以被称为第一腔体234。圆柱形腔体234可以包括内周表面236和基本平行于第一表面228的第三表面238。

中心轴向开口240(图5A)可以在第三表面238与第二表面230之间延伸。中心轴向开口240可以为基本圆柱形。第三表面238可以限定从中心轴向开口240径向向外设置的环形凹槽242。O形环220(图5A)可以至少部分地设置在环形凹槽242内。第三表面238还可以限定设置在环形凹槽242的径向外侧的盲孔243。

底座圆柱形主体226还可以包括三个孔244。每个孔244可以在第三表面238与第二表面230之间延伸，并且可以包括上部246和下部248(图5A)。上部246可以是无螺纹的并且可以具有比下部248小的直径。下部248可以是带螺纹的并且可以具有比上部246大的直径。孔244可以从环形凹槽242径向向外设置。孔244可以包括第一孔、第二孔和第三孔。

每个连接器218可以包括圆柱形主体254，其具有第一或上部表面256和与第一表面256相对的第二或下部表面258。螺纹轴260可以从第一表面256轴向突起(图5A上所示的螺纹)。螺纹轴260可以包括基本平行于第一表面256的第三表面262。中心孔264可以在第三表面262与第一表面256之间延伸。连接器218的第一表面256可以接合底座216的第二表面230。连接器218的中心孔264可以与底座216中的孔244的上部246对齐。连接器218可以包括第一连接器218-1、第二连接器218-2和第三连接器218-3。

连接器218可以固定到底座216。更具体地，连接器218的螺纹轴260可以接合孔244的相应螺纹下部248。第一连接器218-1可以至少部分地设置在第一孔244-1内，第二连接器218-2可以至少部分地设置在第二孔244-2内，并且第三连接器218-3可以在至少部分地设置在第三孔244-3内。螺纹连接器219可以是螺母。

第三集电器76可以具有细长的圆柱形主体270(或“第三圆柱形主体”)。在各个方面，第三集电器76可以是第一导线。第三集电器76可以包括第一端或上端272以及与第一端272相对的第二端或下端274。第一端272可以设置在内腔66中，而第二端274可以延伸到壳体52的外部(图2)以连接到外部电路。第三集电器76可以至少部分地设置在底座216的第一孔244-1和第一连接器218-1的孔264内。第三集电器76与第一连接器218-1的孔264之间的摩擦配合可以将第三集电器76保持在孔264内。另外，环氧树脂密封环(未示出)可以呈现在第三集电器76与第一连接器218-1的孔264之间的界面处以形成气密密封件。第三集电器76的第一端272可以突起超过底座216的腔体234的第三表面238。

第四集电器78可以具有细长的圆柱形主体278(或“第四圆柱形主体”)。在各个方面，第四集电器78可以是第二导线。第四集电器78可以包括第一端或上端280和与第一端280相对的第二端或下端282。第一端280可以设置在内腔66中，而第二端282可以延伸到壳体52的外部(图2)以连接到外部电路。第四集电器78可以至少部分地设置在底座216的第二孔244-2和第二连接器218-2的孔264内。第四集电器78与第二连接器218-2的孔264之间的摩擦配合可以将集电器保持在孔264内。另外，环氧树脂密封环(未示出)可以呈现在第四集电器78与第二连接器218-2的孔264之间的界面处以形成气密密封件。第四集电器78的第一端280可以突起超过底座216的腔体234的第三表面238。

第五集电器80可以具有细长的圆柱形主体286(或“第五圆柱形主体”)。在各个方面，第五集电器80可以是第三导线。第五集电器80可以包括第一端或上端288和与第一端288相对的第二端或下端290。第一端288可以设置在内腔66中，而第二端290可以延伸到壳体52的外部(图2)以连接到外部电路。第五集电器80可以至少部分地设置在底座216的第三孔244-3和第三连接器218-3的孔264内。第五集电器80与第三连接器218-3的孔264之间的摩擦配合可以将第五集电器80保持在孔264内。另外，环氧树脂密封环(未示出)可以呈现在第五集电器80与第三连接器218-3的孔264之间的界面处以形成气密密封件。第五集电器80的第一端288可以突起超过底座216的腔体234的第三表面238。

上部外壳或盖62(图4B)可以包括圆柱形主体296(“盖圆柱形主体”)，其具有第一或上部表面298和与第一表面298相对的第二或下部表面300。第一表面298和第二表面300可以是平面的，并且基本上彼此平行地并基本垂直于装置轴线59延伸。第二表面300可以限定腔体302(图5A)。在各个方面，腔体302可以被称为第二腔体302。盖圆柱形主体296还可以包括外周表面304。腔体302可以包括基本平行于第二表面300的第三表面306(图5A)。第三表面306可以限定沿装置轴线59延伸的中心轴向开口308。中心轴向开口308可以为大致圆柱形并且可以在第一表面298与第三表面306之间延伸。

腔体302还可以包括第一或上部内周表面310和第二或下部内周表面312(图5A)。与第三表面306基本平行的第四表面311可以设置在第一内周表面310与第二内周表面312之间。与第四表面311可以基本垂直于第一内周表面310和第二内周表面312。第一内周表面310可以具有较小直径的第二内周表面312。第二内周表面312可以包括多个螺纹320。在各个方面，多个螺纹320可以被称为第二多个螺纹320。螺纹320可以邻近第二表面300设置。

保持器60(图4D)可以包括平坦底座322。在各个方面，平坦底座322可以为三角形。孔321可以延伸穿过平坦底座322。支架60还可以包括多个支腿323。支腿323可以基本上平行于装置轴线59并基本垂直于平坦底座322延伸。多个支腿323可以包括三个支腿323。

下部集电器组件58可以沿装置轴线59与下部外壳64对齐并且组装到下部外壳64。通过将轴向管脚184放置在底座216的盲孔243中可以促进适当的对齐。第三集电器76、第四集电器78和第五集电器80可以分别与第二集电器74的第一孔118-1、第二孔118-2和第三孔118-3以及下部堆叠保持器70的第一孔98-1、第二孔98-2和第三98-3轴向对齐。第三集电器76、第四集电器78和第五集电器80可以分别延伸穿过第二集电器74的第一孔118-1、第二孔118-2和第三孔118-3以及下部堆叠保持器70的第一孔98-1、第二孔98-2和第三98-3。第三集电器76的第一端272的表面、第四集电器78的第一端280的表面以及第五集电器80的第一端288的表面可以与下部堆叠保持器70的第一表面90基本上共面。

第二集电器74的杆106可以延伸穿过底座216的中心轴向开口240。在各个方面，杆106可以是带螺纹的。螺纹连接器219可以旋拧到杆106上以将杆106固定到底座216。

第一导电盘85可以包括第一或上部表面324和与第一表面324相对的第二或下部表面325。导电盘85可以放置在第二集电器74的平台104的顶部上，使得第一导电盘85的第二表面325接合平台104的第一表面110。因此，导电盘85可以与第二集电器74电接触。

下部堆叠保持器70、第一导电盘85以及第二集电器74的平台104和凸缘108可以设置在底座216的腔体234内。第二集电器74的凸缘108的第二表面116可以接合腔体234的第三表面238。另外，第二集电器74的凸缘108的第二表面116可以接合O形环220以在第二集电器74与底座216之间形成气密密封件。

下部堆叠保持器70的下部居中设置开口88和上部堆叠保持器68的上部居中设置开口139可以配合以限定电极堆叠室326以容纳电极堆叠10以进行电化学分析。正电极14可以放置在第一导电盘85的第一表面324上。因此，正电极14可以与第一导电盘85物理和电接触，并且因此也与第二集电器74物理和电接触。然而，在各个替代实施例中，可以省略第一导电盘85，使得正电极14与平台104的第一表面110直接接触。正电极可以为盘形并且可以具有与第一导电盘85和平台104类似的直径。隔板16可以放置在正电极14的顶部上。更具体地，隔板16的盘形主体32可以放置在正电极14的顶部上，而隔板16的突片34可以设置在下部堆叠保持器70的切口96内。

参比电极组件18可以放置在隔板16的顶部上。包括参比电极28的参比电极组件18的隔板22的第二表面26可以朝向隔板16设置。在各个方面，参比电极28可以被称为居中安装参比电极28。第一相对突片38-1和第二相对突片38-2可以设置在下部堆叠保持器70的切口96内。参比电极28的参比电极连接器42的一部分可以与下部堆叠保持器70的第一孔98-1轴向对齐。因此，参比电极28的参比电极连接器42的部分可以电连接到第三集电器76。

负电极12可以放置在参比电极组件18的隔板22的第一表面24上。负电极可以与参比电极组件18的负电极触点30物理和电接触。参比电极组件18的隔板22的第一表面24上的负电极触点30的一部分可以与下部堆叠保持器70的第二孔98-2轴向对齐。因此，负电极触点30的部分可以电连接到第四集电器78。

辅助电极330可以用于设定参比电极28的电位。辅助电极330可以在第三孔98-3上方放置在下部堆叠保持器70的第一表面90上。辅助电极330可以为盘形。辅助电极330可以具有足够小的直径，使得它不与电极堆叠10物理或电接触。辅助电极330的整个表面可以设置在下部堆叠保持器70的第一表面90上，使得辅助电极330不会悬垂在下部堆叠保持器70的边缘上。

第二导电盘130可以包括第一或上部表面340和与第一表面340相对的第二或下部表面342。第二导电盘130的第二表面342可以放置在负电极12的顶部上，使得第二导电盘130和负电极12彼此物理连接和电连接。在各种实施例中，负电极12的直径可以基本上等于第二导电盘130的直径。

上部堆叠保持器68可以放置在下部堆叠保持器70上，使得电极堆叠10夹置在下部堆叠保持器70与上部堆叠保持器68之间。下部堆叠保持器70的第一表面90可以接合上部堆叠保持器68的第二表面142。更具体地，第一压力管脚124-1、第二压力管脚124-2和第三压力管脚124-3可以与下部堆叠保持器70的第一孔98-1、第二孔98-2和第三孔98-3轴向对齐。通过将下部集电器组件58的轴向管脚184设置在上部堆叠保持器68的孔146中，可以确保上部堆叠保持器68与下部堆叠保持器70适当对齐(图5C)。环形间隙350可以限定在上部堆叠保持器68的径向延伸凸缘148的第三表面149与底座216的第一表面228之间。O形环352可设置在间隙350内。

第一压缩弹簧126-1可以操作地接合第一压力管脚124-1以促进参比电极28的参比电极连接器42与第三集电器76之间的接触。第二压缩弹簧126-2可以操作地接合第二压力管脚124-2以促进参比电极组件18上的负电极触点30与第四集电器78之间的接触。第三压缩弹簧126-3可以可操作地接合第三压力管脚124-3以促进辅助电极330与第五集电器80之间的接触。可以选择压缩弹簧126以确保第三连接器76、第四连接器78和第五连接器80分别与参比电极28、负电极触点30和辅助电极330之间存在电接触。

上部集电器组件54可以接合内部组件56。第一集电器172可以至少部分地设置在上部堆叠保持器68的上部居中设置开口139内。上部集电器组件54的径向管脚182可以与弹簧保持盖128中的轴向凹槽176和上部堆叠保持器68的凹口143对齐(图5B)。径向管脚182可以设置在上部堆叠保持器68的凹口143内以防止第一集电器172相对于上部堆叠保持器68旋转。第一集电器172的第二表面196可以接合第二导电盘130的第一表面340，使得第一集电器172和第二导电盘130彼此物理和电接触。因此，第一集电器172可以与负电极12电接触。然而，在各个替代实施例中，可以省略第二导电盘130，使得第一集电器172的第二表面196直接接合负电极12。

盖62可以组装到底座216以将电极堆叠10、辅助电极330和内部组件56封闭在气密密封件的内腔66中。第一集电器172的杆200可以设置在盖62的中心轴向开口308内。盖62的螺纹320可以接合底座216的螺纹233以将盖62固定到底座216(图5A)。当盖62旋拧到底座216上时，上部集电器组件54的中心压缩弹簧184被压缩并激励。中心压缩弹簧184的压缩促进第一集电器172、第二导电盘130和负电极12之间的接触。中心压缩弹簧184的压缩还促进正电极14、第一导电盘85和第二集电器74之间的接触。可以选择中心压缩弹簧184以对电极堆叠10提供与车辆中发现的压缩相当的压缩。

当盖62与底座216完全接合时，O形环352可以略微压缩。O形环352可以接合上部堆叠保持器68的第三表面149和底座216的第一表面228以在上部堆叠保持器68与底座216之间形成气密密封件。O形环186可以接合第一集电器172的杆200和盖62的中心轴向孔的表面以在盖62与第一集电器之间形成气密密封件。O形环134可以接合上部堆叠保持器68的第一表面140的环形凹槽150和盖62的第四表面311以在上部堆叠保持器68与盖62之间形成气密密封件。

上部外壳62、底座216、弹簧保持盖128、上部堆叠保持器68、下部堆叠保持器70、连接器218和螺纹连接器219可以全部由非导电或电绝缘材料形成或者包括非导电或电绝缘材料。壳体52的上部外壳62和底座216可以由第一非导电材料形成或包括第一非导电材料，上部堆叠保持器68可以由第二非导电材料形成或包括第二非导电材料，下部堆叠保持器70可以由第三非导电材料形成或包括第三非导电材料，并且弹簧保持盖128可以由第四非导电材料形成或包括第四非导电材料。上部外壳62、底座216、弹簧保持盖128、上部堆叠保持器68、下部堆叠保持器70、连接器218和螺纹连接器219可以包括相同的非导电材料或不同的非导电材料。可以基于与电化学分析中使用的电解质的相容性来选择非导电材料。作为非限制性示例，合适的非导电材料包括：聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚酮醚醚酮(PEKEEK)、聚醚醚酮醚酮(PEEKEK)、聚亚苯基硫醚(PPS)、聚砜(PS)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酰亚胺(PI)、可机加工陶瓷以及它们的组合。在各个方面，上部外壳62、底座216、弹簧保持盖128、上部堆叠保持器68、下部堆叠保持器70、连接器218和螺纹连接器219中的每一个包括聚醚醚酮(PEEK)。PEEK可能是特别合适的，因为它是可机加工的，尺寸稳定的，使得它不易溶胀或软化，并且不与普通电解质发生化学反应。在各个方面，用于锂离子电池组的合适电解质包括在有机碳酸酯溶剂(例如，碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯)中的盐(例如、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或高氯酸锂)。

第一集电器172、第二集电器74、第三集电器76、第四集电器78、第五集电器80、第一导电盘85和第二导电盘130全部由导电材料形成或包括导电材料。在各个方面，第一集电器172可以由第一导电材料形成或包括第一导电材料，第二集电器74可以由第二导电材料形成或包括第二导电材料，第三集电器76可以由第三导电材料形成或包括第三导电材料，第四集电器78可以由第四导电材料形成或包括第四导电材料，第五集电器80可以由第五导电材料形成或包括第五导电材料，第一导电盘85可以包括第六导电材料，并且第二导电盘130可以包括第七导电材料。在各个方面，第一和第七导电材料可以是相同的。使用第二导电盘130可以减少对第一集电器172的磨损。可以根据需要移除和更换第二导电盘130。在各个方面，第二和第六导电材料可以是相同的。使用第一导电盘85可以减少对第二集电器74的磨损。可以根据需要移除和更换第一导电盘85。

作为非限制性示例，合适的导电材料包括铜、铝、金、玻璃碳(或玻璃状炭)、石墨以及它们的组合。可以基于与电极(即，负电极12、正电极14和参比电极28)的兼容性来选择导电材料。在各个方面，第一集电器、第四集电器78、第五集电器80和第二导电盘130包括铜。因此，第一、第四、第五和第七导电材料可以包括铜。第二集电器74和第一导电盘85包括铝。因此，第二和第六导电材料可以包括铝。第三集电器76包括玻璃碳。因此，第三导电材料可以包括玻璃碳。玻璃碳极其坚硬，耐化学侵蚀，并具有优异的导电性。此外，它在参比电极28的电位下是电化学惰性的。因此，它可以纯粹用作电触点。将玻璃碳用于第三集电器76可以防止寄生电化学反应引起参比电极28的电位漂移。当第三集电器76包括玻璃碳时，它可以任选地设置在黄铜管(未示出)内。

在各个方面，本公开提供了一种组装三电极装置50的方法。上部集电器组件54、内部组件56、下部集电器组件58和下部外壳64可以基本上预组装。上部集电器组件54可以预组装以包括第一集电器172、中心压缩弹簧184、径向管脚182和O形环186。内部组件56可以部分预组装以包括上部堆叠保持器68、O形环134、弹簧保持盖128、紧固件132、压力管脚124和压缩弹簧126。下部集电器组件58可以预组装包括下部堆叠保持器70、第二集电器74和轴向管脚184。下部外壳64可以预组装以包括底座216、连接器218、第三集电器76、第四集电器78和第五集电器80。

下部集电器组件58可以组装到下部外壳64。第二集电器74的杆106可以插入底座216中的中心轴向开口240中。通过将轴向管脚184插入底座216的盲孔243中，促进下部集电器组件58与下部外壳64围绕装置轴线59的适当对齐。通过将螺纹连接器219旋拧到第二集电器74的杆106上，下部集电器组件58可以固定到底座216。第一导电盘85可以放置在第二集电器74的平台104上。更具体地，第一导电盘85的第二表面325接合平台104的第一表面110。

电极堆叠10可以放置在下部集电器组件58上。更具体地，正电极14可以放置在第一导电盘85的第一表面324上。隔板16可以放置在正电极14的顶部上，使得隔板的盘形主体32覆盖正电极14，并且隔板16的突片34延伸穿过下部堆叠保持器70的环形突起94中的切口96。参比电极组件18可以放置在隔板16的顶部上。包括参比电极28的参比电极组件18的隔板22的第二表面26可以朝向隔板16设置。包括参比电极连接器42的参比电极组件18的第二突片38-2可以设置在下部堆叠保持器70中的第一孔98-1中的第三集电器76上方。因此，包括负电极触点30的参比电极组件18的第一接头38-1可以设置在第四集电器78上的第二孔98-2中。负电极12可以放置在参比电极组件18的顶部上，使得它接触参比电极组件18的隔板22的第一表面上的负电极触点30。

参比电极28放置在第三孔98-3上方，使得它与第五集电器80电接触。第二导电盘130放置在负电极12的顶部上。第二导电盘130与负电极12的第一侧或后侧360(第一负电极侧)电接触，而负电极触点30与负电极12的第二侧或前侧362(第二负电极侧)电接触。因此，装置50可以有利地感测后侧360和前侧362负电极12的电压。

内部组件56放置在下部集电器组件58的顶部上，以将电极堆叠10封闭在电极堆叠室326内。通过将轴向管脚184设置在上部堆叠保持器68的孔146内，内部组件56可以与下部集电器组件58围绕装置轴线59正确对齐。上部集电器组件54可以组装到内部组件56。第一集电器172可以放置在弹簧保持盖128的盖居中设置开口168和上部堆叠保持器68的上部居中设置开口139内。通过使上部集电器组件54的径向管脚182滑过弹簧保持盖128的轴向凹槽176并进入上部堆叠保持器68的凹口143，可以促进上部堆叠保持器68中的第一集电器172的正确对齐。

上部外壳62可以组装到下部外壳64。第一集电器172的杆200可以插入上部外壳62中的中心轴向开口308中。上部外壳62可以被扭曲以使上部外壳62的螺纹320与底座216的螺纹233接合。气密密封的内腔66分别由上部外壳62和底座216中的腔体234、302形成。

可以在开始电化学分析之前设定居中安装参比电极28的电位。为此，在组装装置之后，将电化学电池连接到包括恒电流器的外部电路。该电路可以被配置为使参比电极28成为工作电极，使正电极14成为对电极，并且使辅助电极330成为参比电极。与辅助电极330相比，参比电极28可以在低电流下充电，直到x在期望范围内(例如，x＝0.5)同时监测其电位。与辅助电极330相比，在参比电极28已允许在开路时平衡之后，再次标注该参比电极的电位。作为非限制性示例，典型电位可以是约3.420V。然后重新配置电化学电池连接用于电化学分析，使得正电极14和负电极12是工作电极或对电极，居中安装参比电极28是参比电极，并且辅助电极330与电化学电池的电路断开。然后可以相对于已经相对于辅助电极330的电位建立的固定的参比电极28的电位来测量工作电极和对电极的电位。

作为非限制性示例，辅助电极330的平衡值可以设定为0.0V。可以相对于辅助电极330的电位来设定所有测量的工作电位和对电极电位。这可以通过将参比电极28的电位与正电极14和负电极12的测量电位相加来实现。在电池的后续寿命期间，可以针对辅助电极330周期性地检查参比电极28的电位，并且如果发现电位已经漂移，则可以再次对该参比电极进行再充电。

为了说明和描述目的已提供实施例的前述描述。该前述描述不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的个别元件或特征大体上不限于该特定实施例，但是如果合适的话是可互换的并且可在选定实施例中使用，即便没有具体示出或描述。同样这也可以按照许多方式改变。此类变化不应被视为脱离本公开，并且所有此类修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于对电化学电池执行电化学分析的装置，所述装置包括：

壳体，其包括第一非导电材料并具有被配置为气密密封的内腔和延伸穿过所述内腔的中心轴线；

第一集电器，其至少部分地设置在所述内腔中并且包括第一导电材料，所述第一集电器包括第一圆柱形主体，所述第一圆柱形主体沿所述中心轴线延伸并且被配置为与负电极的第一侧和外部电路电接触；

上部堆叠保持器，其设置在所述内腔中并且具有包括第二非导电材料的上部环形主体并包括上部居中设置开口，所述上部居中设置开口具有延伸穿过其中的中心轴线，所述上部堆叠保持器的所述上部环形主体被围绕所述第一集电器的所述第一圆柱形主体的外周表面的至少一部分设置；以及

下部堆叠保持器，其设置在所述内腔中并且具有包括第三非导电材料的下部环形主体并包括下部居中设置开口，所述下部居中设置开口具有延伸穿过其中的中心轴线，所述下部堆叠保持器限定平行于所述中心轴线延伸的第一堆叠孔，其中所述下部堆叠保持器的所述下部居中设置开口与所述上部堆叠保持器的所述上部居中设置开口配合以限定电极堆叠室，所述电极堆叠室被配置为容纳所述负电极、正电极和居中安装参比电极；

第二集电器，其至少部分地设置在所述下部堆叠保持器的所述下部居中设置开口中并且包括第二导电材料，所述第二集电器包括第二圆柱形主体，所述第二圆柱形主体沿所述中心轴线延伸并且被配置为与所述正电极和所述外部电路电接触；以及

第三集电器，其包括第三导电材料，所述第三集电器具有第三圆柱形主体，所述第三圆柱形主体至少部分地设置在所述第一堆叠孔中并且被配置为与所述居中安装参比电极和所述外部电路电接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其还包括：

第四集电器，其包括第四导电材料并且具有至少部分地设置在所述下部堆叠保持器的所述下部环形主体的第二堆叠孔中的第四圆柱形主体，所述第二堆叠孔平行于所述中心轴线延伸，其中所述第四集电器被配置为与所述负电极的与所述负电极的所述第一侧和相对的第二侧和所述外部电路电接触；以及

第五集电器，其包括第五导电材料并且具有至少部分地设置在所述下部堆叠保持器的所述下部环形主体的第三堆叠孔中的第五圆柱形主体，所述第三堆叠孔平行于所述中心轴线延伸，其中所述第五集电器被配置为与辅助电极电接触，所述辅助电极邻近所述第三堆叠孔设置并设置在所述上部堆叠保持器与所述下部堆叠保持器之间。

3.根据权利要求2所述的装置，其还包括：

多个管脚，其包括第一管脚、第二管脚和第三管脚，所述第一管脚、所述第二管脚和所述第三管脚中的每一个包括头部和轴；以及

多个压缩弹簧，其包括第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧，其中：

所述上部堆叠保持器的所述上部环形主体包括第一上部堆叠表面和与所述第一上部堆叠表面相对的第二上部堆叠表面，并且限定多个埋头孔，所述多个埋头孔在所述第一上部堆叠表面与所述第二上部堆叠表面之间并平行于所述中心轴线延伸，所述多个埋头孔包括分别与所述第一堆叠孔、所述第二堆叠孔和所述第三堆叠孔轴向对齐的第一埋头孔、第二埋头孔和第三埋头孔；

所述第一管脚、所述第二管脚和所述第三管脚分别至少部分地设置在所述第一埋头孔、所述第二埋头孔和所述第三埋头孔中；

所述第一管脚的所述轴被配置为接合所述第三集电器，所述第二管脚的所述轴被配置为接合所述第四集电器，并且所述第三管脚的所述轴被配置为接合所述第五集电器；并且

所述多个压缩弹簧接合所述多个管脚的相应的所述头部以将所述第一管脚、所述第二管脚和所述第三管脚分别保持与所述第三集电器、所述第四集电器和所述第五集电器接合。

4.根据权利要求3所述的装置，其还包括弹簧保持盖，所述弹簧保持盖包括盖环形主体并接合所述第一上部堆叠表面以将所述第一压缩弹簧、所述第二压缩弹簧和所述第三压缩弹簧分别保持在所述第一埋头孔、所述第二埋头孔和所述第三埋头孔中。

5.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述下部堆叠保持器的所述下部环形主体包括与所述上部堆叠保持器接合的第一下部堆叠表面、与所述第一下部堆叠表面相对的第二下部堆叠表面，以及环形突起，所述环形突起从所述第一下部堆叠表面延伸并邻近所述下部堆叠保持器的所述下部居中设置开口设置；并且

所述第一堆叠孔、所述第二堆叠孔和所述第三堆叠孔各自设置在所述环形突起的径向外侧。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述第二集电器的所述第二圆柱形主体包括至少部分地设置在所述下部堆叠保持器的所述下部居中设置开口内的平台和从所述平台径向向外突起的凸缘，所述第二圆柱形主体包括被配置为接合所述正电极的第一主体表面和与所述第一主体表面相对的第二主体表面；

所述第二集电器还包括从所述第二主体表面延伸并与所述中心轴线对齐的杆，所述杆至少部分地设置在所述内腔外部以用于连接到所述外部电路；

所述凸缘限定与所述下部堆叠保持器的所述第一堆叠孔轴向对齐的第一凸缘孔、与所述下部堆叠保持器的所述第二堆叠孔轴向对齐的第二凸缘孔和与所述下部堆叠保持器的所述第三堆叠孔轴向对齐的第三凸缘孔；并且

所述第三集电器至少部分地设置在所述第一凸缘孔中，所述第四集电器至少部分地设置在所述第二凸缘孔中，并且所述第五集电器至少部分地设置在所述第三凸缘孔中。

7.根据权利要求6所述的装置，其还包括轴向管脚，其中：

所述上部堆叠保持器的所述上部环形主体包括第一上部堆叠表面和与所述第一上部堆叠表面相对并接合所述第一下部堆叠表面的第二上部堆叠表面，所述第二上部堆叠表面限定盲孔；

所述下部堆叠保持器还限定了第四堆叠孔，其设置在所述环形突起的径向外侧并平行于所述中心轴线延伸；

所述第二集电器的所述凸缘还限定了第四凸缘孔，其与所述第四堆叠孔轴向对齐；并且

所述轴向管脚延伸穿过所述第四凸缘孔、所述第四堆叠孔和所述盲孔。

8.根据权利要求1所述的装置，其还包括中心压缩弹簧，其中：

所述第一集电器的所述第一圆柱形主体包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面限定关于所述中心轴线居中的圆柱形凹陷部，并且所述第二表面被配置为接合所述负电极的所述第一侧；

所述第一集电器还包括从所述圆柱形凹陷部的凹陷表面延伸的杆，所述杆至少部分地设置在所述内腔外部以用于连接到所述外部电路；并且

所述中心压缩弹簧围绕所述杆设置并且被配置为压缩并接合所述壳体和所述第一集电器以将所述第一集电器与所述负电极保持接合。

9.根据权利要求1所述的装置，其还包括径向管脚，其中所述径向管脚至少部分地设置在限定于所述第一集电器的所述第一圆柱形主体的外周表面中的盲孔中，所述径向管脚从所述第一圆柱形主体的所述外周表面径向向外延伸并且被配置为接合所述上部堆叠保持器以防止所述第一集电器相对于所述上部堆叠保持器旋转。

10.根据权利要求1所述的装置，其还包括：

第一导电盘，其包括所述第二导电材料，并且被配置为设置在所述正电极与所述第二集电器之间并电连接到所述正电极和所述第二集电器，所述第一导电盘至少部分地设置在所述下部居中设置开口内；以及

第二导电盘，其包括所述第一导电材料，并且被配置为设置在所述第一集电器与所述负电极之间并电连接到所述第一集电器和所述负电极，所述第二导电盘至少部分地设置在所述上部居中设置开口内。

Images