CN110265701B - 三电极锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种三电极锂电池，包括封装袋、裸电芯、电解液、正极极耳、负极极耳及参比电极，所述裸电芯及所述电解液以密封的方式封装于所述封装袋，所述正极极耳和所述负极极耳分别从裸电芯的阳极片和裸电芯的阴极片中引出至所述封装袋外，所述参比电极固定设置于所述裸电芯的阳极片或者所述裸电芯的阴极片。本发明还提供一种三电极锂电池的制备方法，可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路，利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。

Description

三电极锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种三电极锂电池及其制备方法。
背景技术
目前，对电池体系的电化学性能的测试与评价是目前锂电池进一步提高性能、进行技术改造的一个重要环节。对电池体系的电化学性能的测试与评价主要基于两电极的模拟电池，但是由于存在极化的原因，两电极往往不能准确的反应正负极电位。因此，为了对正负极电位进行准确的检测，一般采用三电极体系，通过三电极体系进行充放电曲线、电化学阻抗谱等电化学测试。但是目前的三电极锂电池是通过拆解裸电芯，将参比电极设置于裸电芯的阳极片和阴极片之间，如此将会破坏电池的裸电芯结构，不利于对锂电池的分析。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种三电极锂电池及其制备方法，其可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路,利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。
本申请的第一方面提供一种三电极锂电池，包括封装袋、裸电芯、电解液、正极极耳、负极极耳及参比电极，所述裸电芯及所述电解液以密封的方式封装于所述封装袋，所述正极极耳从所述裸电芯的阳极片中引出至所述封装袋外，所述负极极耳从所述裸电芯的阴极片中引出至所述封装袋外，所述参比电极的第一端固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上，所述参比电极的第二端引出至所述封装袋外。
较佳的，所述参比电极包括参比极耳、包裹层、锂片、两层隔离膜及绝缘胶带，所述包裹层包裹所述参比极耳，所述包裹层用于排除所述参比极耳的电位对所述锂片的电位的影响，所述锂片与包裹所述包裹层后的所述参比极耳的底端固定连接，所述两层隔离膜分别设置在所述锂片的相对的两侧且夹持所述锂片，所述绝缘胶带包裹包裹了所述包裹层后的所述参比极耳，夹有所述锂片的所述隔离膜固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上，包裹所述绝缘胶带后的所述参比极耳引出至所述封装袋外。
较佳的，所述包裹层由锂材料制成。
较佳的，所述参比极耳由铜材料制成。
较佳的，所述封装袋为铝塑膜封装袋。
本申请的第一方面提供一种三电极锂电池制备方法，所述三电极锂电池制备方法包括：
制备参比电极；
将正极极耳焊接至裸电芯的阳极片，及将负极极耳焊接至裸电芯的阴极片；
将参比电极的一端固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上；
将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装，其中，所述正极极耳、负极极耳及参比电极部分外露于所述封装袋；
进行注液、抽真空及单边封操作。
较佳的，所述“制备参比电极”包括：
在参比极耳上包裹一层包裹层，所述包裹层用于排除所述参比极耳的电位对所述锂片的电位的影响；
将锂片与包裹有所述包裹层的所述参比极耳的底端固定连接；
将所述锂片放置于两层隔离膜之间；
在包裹所述包裹层后的所述参比极耳上包裹一层绝缘胶带。
较佳的，所述包裹层由锂材料制成。
较佳的，所述参比极耳由铜材料制成。
较佳的，所述“将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装”包括：
用铝塑膜包裹固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯；
用封口机封装所述铝塑膜的三个侧面。
本发明通过将所述参比电极固定设置于所述裸电芯的阳极片或者所述裸电芯的阴极片，可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路，利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。
附图说明
图1为本发明实施例一的三电极锂电池的结构示意图。
图2为图1所示的三电极锂电池的裸电芯、正极极耳、负极极耳和参比电极的结构示意图。
图3为图2所示的参比电极的参比极耳、包裹层及绝缘胶带沿III-III剖面线的剖面示意图。
图4为图1所示的三电极锂电池的充电曲线图。
图5为图1所示的三电极锂电池的放电曲线图。
主要元件符号说明
三电极锂电池 1
封装袋 10
裸电芯 20
正极极耳 30
负极极耳 40
参比电极 50
阳极片 21
阴极片 22
隔离层 23
锂片 51
参比极耳 52
包裹层 53
隔离膜 54
绝缘胶带 55
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
为了描述的简单性，诸如“上”、“下”及“左”等空间相对术语此处可用于描述一个元件或特征与附图中示出的其他(多个)元件或(多个)特征的关系。装置可以不同取向(旋转90度或在其他方向)且此处使用的空间相对描述符应相应地解释。
实施例一
请参阅图1及图2，图1为本发明实施例一的三电极锂电池的结构示意图，图2为本发明实施例一的三电极锂电池的裸电芯、正极极耳、负极极耳和参比电极的结构示意图。所述三电极锂电池1包括封装袋10、裸电芯20、电解液(图未示)、正极极耳30、负极极耳40及参比电极50。在本实施方式中，所述封装袋10为铝塑膜封装袋，因而所述封装袋10气密性较好。所述裸电芯20及电解液以密封的方式封装于所述封装袋10中。所述正极极耳30和所述负极极耳40从所述裸电芯20中引出至所述封装袋10外。所述参比电极50的第一端设置于所述裸电芯20上，所述参比电极50的第二端引出至所述封装袋10外。
所述裸电芯20包括阳极片21、阴极片22及隔离层23。所述隔离层23设置于所述阳极片21及所述阴极片22之间。所述阳极片21、所述阴极片22及所述隔离层23卷绕形成所述裸电芯20，所述裸电芯20的最外层被所述隔离层23包覆。在本实施方式中，所述裸电芯20为18650型号的裸电芯。在其他实施方式中，所述裸电芯20为454650型号或者其他型号的裸电芯。
所述正极极耳30由铝材料制成。所述正极极耳30通过超声焊接连接至所述阳极片21。所述正极极耳30从所述裸电芯20的阳极片21引出至所述封装袋10外。所述负极极耳40由镍材料制成。所述负极极耳40通过超声焊接连接至所述阴极片22。所述负极极耳40从所述裸电芯20的阴极片22引出至所述封装袋10外。
请同时参阅图3，图3为实施例一的参比电极的参比极耳、包裹层及绝缘胶带沿III-III剖面线的剖面示意图。所述参比电极50包括锂片51、参比极耳52、包裹层53、两层隔离膜54及绝缘胶带55。在本实施方式中，所述锂片51为矩形，所述锂片51的尺寸为1厘米x0.5厘米～2厘米x 1厘米。在其他实施方式中，所述锂片51的形状为其他形状，例如正方形、椭圆形等，所述锂片51的尺寸为其他尺寸，例如2厘米x 2厘米。
所述参比极耳52由铜材料制成。所述包裹层53包裹所述参比极耳52。在本实施方式中，所述包裹层53由锂材料制成。在其他实施方式中，所述包裹层53由与锂电位大致相同的材料制成，例如由锂化合物等材料制成。从而所述包裹层53可排除所述参比极耳52的电位对所述锂片51的电位的影响。包裹所述包裹层53后的所述参比极耳52的底端通过超声焊接连接至所述锂片51。
两层所述隔离膜54分别设置在所述锂片51的相对的两侧且夹持所述锂片51，用于隔离所述锂片51与所述电解液及隔离所述锂片51与所述裸电芯20的阳极片21或者所述裸电芯20的阴极片22，从而防止所述锂片51被消耗及防止短路。在本实施方式中，所述隔离膜54的尺寸为4厘米x 2厘米～5厘米x 3厘米。在其他实施方式中，所述隔离膜54的尺寸为其他尺寸，例如5厘米x 5厘米。
在本实施方式中，所述绝缘胶带55包裹包裹了所述包裹层53后的所述参比极耳52。在其他实施方式中，所述绝缘胶带55包裹未被所述隔离膜54覆盖的包裹所述包裹层53后的所述参比极耳52。所述绝缘胶带55用于隔离包裹所述包裹层53后的所述参比极耳52与所述电解液，使得包裹所述包裹层53后的所述参比极耳52与所述电解液相互绝缘。
所述参比电极50的第一端固定设置于所述裸电芯20的阳极片21上或者所述裸电芯20的阴极片22上，所述参比电极50的第二端引出至所述封装袋10外。在本实施方式中，所述参比电极50的第一端通过绝缘胶带固定设置于所述裸电芯20的阳极片21或者所述裸电芯20的阴极片22。其中，夹有锂片51的所述隔离膜54固定贴紧所述裸电芯20的阳极片21或者所述裸电芯20的阴极片22，包裹所述绝缘胶带55后的参比极耳52从所述裸电芯20的阴极片22、或者从所述裸电芯20的阳极片21引出至所述封装袋10外。在本实施方式中，所述参比电极50的第一端固定贴紧所述裸电芯20的阴极片22，其中，夹有锂片51的所述隔离膜54固定贴紧所述裸电芯20的阴极片22，所述参比极耳52从所述裸电芯20的阴极片22向所述裸电芯20的隔离层23弯折，并从所述裸电芯20的隔离层23引出至所述封装袋10外。由于所述参比电极50的第一端设置在所述裸电芯20的阳极片21或者所述裸电芯20的阴极片22上，可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池1，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路，利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。
请参阅图4及图5，图4为实施例一的三电极锂电池的充电曲线图，图5为实施例一的三电极锂电池的放电曲线图。图4和图5皆记录了三电极锂电池的裸电芯电压、裸电芯的正极电压对参比电极电压及裸电芯的负极电压对参比电极电压的变化曲线。从图4及图5中的三电极锂电池的裸电芯电压、裸电芯的正极电压对参比电极电压及裸电芯的负极电压对参比电极电压的变化曲线可看出所述参比电极的电压为3.04伏，即所述三电极锂电池的参比电极电压准确。
实施例二
一种三电极锂电池的制备方法可包括以下步骤：
步骤S11：制备参比电极。
所述制备参比电极具体可以包括：
a1：在参比极耳上包裹一层包裹层。
在本实施方式中，所述参比极耳由铜材料制成。在本实施方式中，所述包裹层由锂材料制成。在其他实施方式中，所述包裹层由与锂电位大致相同的材料制成，例如由锂化合物等材料制成。从而所述包裹层可排除所述参比极耳的电位对所述锂片的电位的影响。
a2：将锂片与包裹有包裹层的参比极耳的底端固定连接。
在本实施方式中，所述锂片为矩形，所述锂片的尺寸为1厘米x 0.5厘米～2厘米x1厘米。在其他实施方式中，所述锂片的形状为其他形状，例如正方形、椭圆形等，所述锂片的尺寸为其他尺寸，例如2厘米x 2厘米。在本实施方式中，锂片与包裹有包裹层的参比极耳的底端通过超声焊接固定连接。
a3：将锂片放置于两层隔离膜之间。
在本实施方式中，两层所述隔离膜夹持所述锂片。所述隔离膜用于隔离所述锂片与电解液及隔离所述锂片与裸电芯的阳极片或者裸电芯的阴极片，从而防止所述锂片被消耗及防止短路。在本实施方式中，所述隔离膜的尺寸为4厘米x 2厘米～5厘米x 3厘米。在其他实施方式中，所述隔离膜的尺寸为其他尺寸，例如5厘米x 5厘米。
a4：在包裹包裹层后的参比极耳上包裹一层绝缘胶带。
在本实施方式中，所述绝缘胶带包裹被所述隔离膜覆盖的包裹包裹层后的参比极耳。在其他实施方式中，所述绝缘胶带包裹未被所述隔离膜覆盖的包裹包裹层后的参比极耳。所述绝缘胶带用于隔离包裹所述包裹层后的所述参比极耳与所述电解液，使得包裹所述包裹层后的所述参比极耳与所述电解液相互绝缘。
步骤S12：将正极极耳焊接至裸电芯的阳极片，及将负极极耳焊接至裸电芯的阴极片。
所述裸电芯包括所述阳极片、所述阴极片及隔离层。所述隔离层设置于所述阳极片及所述阴极片之间。所述阳极片、所述阴极片及所述隔离层卷绕形成所述裸电芯，所述裸电芯的最外层被所述隔离层包覆。在本实施方式中，所述裸电芯为18650型号的裸电芯。在其他实施方式中，所述裸电芯为454650型号或者其他型号的裸电芯。所述正极极耳由铝材料制成。所述正极极耳通过超声焊接连接至所述阳极片。所述负极极耳由镍材料制成。所述负极极耳通过超声焊接连接至所述阴极片。
步骤S13：将参比电极的第一端固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上。
在本实施方式中，将参比电极的第一端通过绝缘胶带固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上。即，夹有锂片的所述隔离膜固定贴紧所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片。其中，包裹所述绝缘胶带后的所述参比极耳从所述裸电芯的阴极片、或者从所述裸电芯的阳极片引出。在本实施方式中，所述参比电极的第一端固定贴紧所述裸电芯的阴极片，其中，夹有锂片的所述隔离膜固定贴紧所述裸电芯的阴极片，所述参比极耳从所述裸电芯的阴极片向所述裸电芯的隔离层弯折，并从所述裸电芯的隔离层引出。由于参比电极的第一端设置在所述裸电芯的阳极片或者所述裸电芯的阴极片上，可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路，利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。
步骤S14：将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装，其中，所述正极极耳、所述负极极耳及所述参比电极部分外露于所述封装袋。
所述将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装包括：
b1：用铝塑膜包裹固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯。
在本实施方式中，所述铝塑膜的尺寸为12厘米x 8厘米～16厘米x 10厘米。
b2：用封口机封装所述铝塑膜的三个侧面。
在本实施方式中，用封口机封装所述铝塑膜的上侧、下侧及左侧。在其他实施方式中，用封口机封装所述铝塑膜的上侧、下侧、左侧及右侧中的除上侧、下侧及左侧中的其他任意三个侧面。
步骤S15：进行注液、抽真空及单边封操作。
所述注液、抽真空及单边封操作具体包括：通过所述铝塑膜未封口的一侧向所述铝塑膜内注入电解液，通过所述铝塑膜未封口的一侧用封口机抽出所述封装后的铝塑膜内的气体，并在所述铝塑膜内达到预定真空度后用封口机对所述铝塑膜未封口的一侧进行封口。由于封装为采用铝塑膜封装，工艺简单且气密性较好。
在本实施方式中，所述步骤S11～步骤S13为在手套箱中完成，所述步骤S14～步骤S15为在露点为-50°～-60°的干燥房中完成。
在其他实施例中，所述步骤S12位于所述步骤S11之前。
本发明通过将参比电极的第一端设置在所述裸电芯的阳极片或者所述裸电芯的阴极片上，可在不破坏裸电芯的基础上制备三电极锂电池，且可防止因为电解液较少导致的参比电极与工作电极之间的电路出现断路，利于对电池体系的电化学性能的测试与评价。通过由锂材料或者锂化合物等材料制成的包裹层包裹所述参比极耳，排除所述参比极耳的电位对所述锂片的电位的影响。通过锂片设置在两层隔离膜之间，来隔离所述锂片与所述电解液及隔离所述锂片与所述裸电芯的阳极片或者所述裸电芯的阴极片，从而防止所述锂片被消耗及防止短路。通过绝缘胶带包裹包裹了所述包裹层后的所述参比极耳，来隔离包裹所述包裹层后的所述参比极耳与所述电解液，使得包裹所述包裹层后的所述参比极耳与所述电解液相互绝缘。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种三电极锂电池，包括封装袋、裸电芯、电解液、正极极耳、负极极耳及参比电极，所述裸电芯及所述电解液以密封的方式封装于所述封装袋，所述正极极耳从所述裸电芯的阳极片中引出至所述封装袋外，所述负极极耳从所述裸电芯的阴极片中引出至所述封装袋外，其特征在于：所述参比电极的第一端固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上，所述参比电极的第二端引出至所述封装袋外；
所述参比电极包括参比极耳、包裹层、锂片、两层隔离膜及绝缘胶带，所述包裹层包裹所述参比极耳，所述包裹层用于排除所述参比极耳的电位对所述锂片的电位的影响，所述锂片与包裹所述包裹层后的所述参比极耳的底端固定连接，所述两层隔离膜分别设置在所述锂片的相对的两侧且夹持所述锂片，所述绝缘胶带包裹包裹了所述包裹层后的所述参比极耳，夹有所述锂片的所述隔离膜固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上，包裹所述绝缘胶带后的所述参比极耳引出至所述封装袋外。
2.如权利要求1所述的三电极锂电池，其特征在于：所述包裹层由锂材料制成。
3.如权利要求1所述的三电极锂电池，其特征在于：所述参比极耳由铜材料制成。
4.如权利要求1所述的三电极锂电池，其特征在于：所述封装袋为铝塑膜封装袋。
5.一种三电极锂电池制备方法，应用于如权利要求1所述的三电极锂电池，其特征在于，所述三电极锂电池制备方法包括：
制备参比电极；
将正极极耳焊接至裸电芯的阳极片，及将负极极耳焊接至裸电芯的阴极片；
将参比电极的一端固定设置于所述裸电芯的阳极片上或者所述裸电芯的阴极片上；
将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装，其中，所述正极极耳、负极极耳及参比电极部分外露于所述封装袋；
进行注液、抽真空及单边封操作。
6.如权利要求5所述的三电极锂电池制备方法，其特征在于，所述“制备参比电极”包括：
在参比极耳上包裹一层包裹层，所述包裹层用于排除所述参比极耳的电位对锂片的电位的影响；
将所述锂片与包裹有所述包裹层的所述参比极耳的底端固定连接；
将所述锂片放置于两层隔离膜之间；
在包裹所述包裹层后的所述参比极耳上包裹一层绝缘胶带。
7.如权利要求6所述的三电极锂电池制备方法，其特征在于：所述包裹层由锂材料制成。
8.如权利要求6所述的三电极锂电池制备方法，其特征在于：所述参比极耳由铜材料制成。
9.如权利要求5所述的三电极锂电池制备方法，其特征在于，所述“将固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯用封装袋封装”包括：
用铝塑膜包裹固定有正极极耳、负极极耳及参比电极的裸电芯；
用封口机封装所述铝塑膜的三个侧面。
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