CN112461902A - 可拆卸的多功能软包电池模具 - Google Patents

Abstract

本发明专利公布了一种可拆卸的多功能软包电池模具，属于新能源电池测试及电极材料研究领域，本装置可以允许在手套箱中将大面积多层电极片组装成类似于软包电池的测试器件，并简化软包电池化成封装步骤，在进行电化学充放电过程中可以通过外接气相质谱仪等仪器，对生成的副产物进行同步分析。通过温度传感器，可以对电池测试过程中的温度进行监测。同时该样品台还具有二电极及三电极测试的设计。本发明专利所涉及模具适于不具备干燥间的企业，科研院所及高校等单位对新能源电极材料进行研究，且安装拆卸方便，坚固耐用。

Description

可拆卸的多功能软包电池模具

技术领域

本发明专利涉及可拆卸的多功能软包电池模具，属于电池研究辅助实验设备领域，可以在手套箱中完成对软包电池的组装，本装置还具有进行三电极电化学测试的能力，也可同时通过和装置相连的检测设备对软包电池在化成过程及循环过程中产生的副产物进行时时检测。

背景技术

软包电池在电动汽车，储能，数码产品等领域具有广泛的应用。软包电池的生产工序包括局部封装，注液，一封，化成，抽气，二封等步骤，需要使用的仪器有电池封装机，电极片切割机，超声波极耳焊接机等，同时对操作环境要求较高，为保证电池的真实性能，需要在干燥间进行操作，或将仪器放入手套箱中操作，这些复杂的制备过程在一定程度上阻碍了新电极材料，新电解液等的发展，大部分科研院所及高校并不具备制备研究软包电池的基础设施。为弥补目前制备方法的不足，普及软包电池的研究及促进新能源电池的发展，本发明专利提出一种可以在手套箱内完成组装的软包电池制备方法，本专利涉及的可拆卸的软包电池装置，通过出气口和外接测试仪器相连，可以对循环过程中产生的气体副产物进行时时检测，同时本装置可以对电极片均匀施压，和真空装置相连后，使化成过程在负压下进行，这些措施有利于均匀稳定的SEI的生成。本装置适于软包电池的研发，本装置的设计具有普适性，适用于不同的电池体系，其外观小巧，可以方便进行改动，以适用于不同的测试要求，同时可以进行两电极及三电极测试，组装简便，内阻小，重复测量稳定性好，可长期重复使用。

发明内容

如上所述，软包电池的组装是一个比较复杂的过程，通常需要严苛的实验环境，具有普适性的研发装置仍然缺失。针对这种情况，本发明专利提供一种简单易行的软包电池的组装方法及装置，为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案是：制备一种可拆卸的多功能软包电池模具，其特征在于由装置主体(01)，装置主体上盖(02)，固定螺母(03)，工作电极连接螺母(041)，对电极连接螺母(042)，参比电极连接螺母(043)，多芯航空插头连接(044 和045)，气体进出口1(051)，气体进出口2(052)构成装置主要外部结构，内有密闭的空间，可放置电池电芯(06)，配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，工作电极连接螺母(041)，对电极连接螺母(042)，参比电极连接螺母(043)，在装置内腔与电极正负极相连，也可实现三电极测试，通过多芯航空插头连接(044和045)，可连接多头温度传感器，用于监测电极片不同位置的温度，通过气体进出口螺母1(051)，气体进出口螺母2(052)可以对装置内腔抽真空及将循环过程中生成的副产物导出进行时时监测，也可以外接压力传感器，对腔内压力进行监测。

上述的装置主体(01)与装置主体上盖(02)之间有设有密封O圈或密封垫，装置使用固定螺母(03)固定，省略通常软包电池制备过程中所需热封步骤。

上述的装置在电极组装过程中，加入电解液后，通过气体进出口1(051)或气体进出口2(052) 与真空装置相连，从而能够产生负压，使电解液在负压下快速在电极材料中渗透，提高电池性能。

上述的工作电极连接柱(041)，对电极连接柱(042)，参比电极连接柱(043)可以互换使用，同时根据不同的电极片的形状，工作电极连接柱(041)，对电极连接柱(042)，参比电极连接柱(043)位置也可以在装置主体(01)上任意更改。

上述的通过气体进出口1(051)，气体进出口2(052)可以与真空装置相连，将化成过程中生成的气体随时排出，也可以和外接测试装置相连，将化成时和循环时产生的副产物导出装置，在外接测试装置上进行时时监测。

上述的装置气体进出口1(051)，气体进出口2(052)可以换成真空阀，在化成过程中用于连接真空装置导出气体，在测试过程中保证装置的气密性，从而省去二次封装的过程。

上述的装置设有两个多芯航空插头连接(044和045)，可连接多头温度传感器，传感器放置于电极片的不同位置，用于监测电极片在循环过程中的温度，也可以根据需要放置多个航空插头，连接不同传感器，如压力传感器等。

上述的装置内腔配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，以保证对电池电芯的压力，此设计可以省去通常软包电池制备过程中涉及的铝塑膜冲壳过程，装置的总体设计可以省去在化成过程中为给电芯施加压力所使用的夹具。上述的装置通过配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，对电极材料进行夹持，防止隔膜在循环过程中变形而产生褶皱。

上述的装置使用PEEK及表面负极氧化的铝合金材料构成，耐高温，体积小，可配合加热装置使用，用于不同温度下的化成及测试。

本发明专利的有益效果是提供了一种可对大面积电极材料进行三电极电化学测试的多功能软包电池模具，该装置组装维护简单，适合于长期循环测试及反复使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进行进一步说明。

图1：可拆卸的多功能软包电池模具整体外观形状示意图。

图2：可拆卸的多功能软包电池模具内部构造横截面示意图。

图3：可拆卸的多功能软包电池模具后视示意图。

图中01.装置主体，02.装置主体上盖，03.固定螺母，041.工作电极连接螺母，042.对电极连接螺母,043.参比电极连接螺母,044和045.多芯航空插头连接,051.气体进出口1，052. 气体进出口2,06.电芯,07.隔板，08.弹片。

具体实施方式

【实施例1】

化成工艺对软包电池的性能起到举足轻重的作用。锂离子软包电池通过化成工艺形成SEI膜， SEI膜形成的好坏决定了电池的循环性能。通常使用的软包电池在化成的过程中可能产生的气体无处释放，影响负极材料表面SEI的厚度及均匀性。本发明专利所涉及样品台可以时时将化成过程中产生的气体排除，且不影响电池的电化学测定，适用于如新电极，新电解液等的研究与测试。本发明专利所涉及装置可以将常用的软包电池制备过程中的二次封装过程简化。

如图1,图2及图3所示，本发明专利所涉及装置由装置主体01，装置主体上盖02，固定螺母03，工作电极连接螺母041，对电极连接螺母042，参比电极连接螺母043，多芯航空插头连接044和045，气体进出口(1)051，气体进出口(2)052构成装置主要外部结构，内有密闭的空间，可放置电池电芯06，配有不同高度的隔板07及多个弹片08，用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，工作电极连接螺母041，对电极连接螺母042，参比电极连接螺母043，在装置内腔与电极片正负极或参比电极相连。

使用时，在手套箱中，将装置主体01平稳放置，将电极片，隔膜，电解液按实验要求放入装置主体01中，将电极片的正负极与工作电极连接螺母041，对电极连接螺母042连接，在三电极测试时，三电极与参比电极连接螺母043连接，然后根据组装的电芯的高度，选择不同高度的隔板07，在隔板07上放置多个弹片08，隔板07的选择以对电极片施加合适的压力为准，然后放置装置主体上盖02，用固定螺母03固定。通过气体进出口(1)051或气体进出口(2)052对装置气密性进行测试。在化成阶段，可以将装置放入温控装置中，可以在气体进出口(1)051或气体进出口(2)052安装真空阀，与抽真空装置连接，使装置内腔内产负压。电化学测试时，通过工作电极连接螺母041，对电极连接螺母042，参比电极连接螺母 043与外置电化学工作站连接，进行测试。

【实施例2】

在实际研究中，化成阶段或高电压循环时会生产副产物，对副产物的研究可以帮助进一步理解电池失效原理。通过气体进出口螺母1(051)，气体进出口螺母2(052)可以对装置内腔存在的副产物导出进行时时监测。

使用方式参照【实施例1】，同时气体进出口螺母与外接检测装置，如气相色谱仪相连。

【实施例3】

在大电流充放电过程中产生的热效应也是引起电池失效的原因之一，监测电极片的温度为进一步理解电池失效原理提供新的线索。装置通过多芯航空插头连接044和045，可连接多头温度传感器，用于监测电极片不同位置的温度实验，微型温度传感器与多芯航空插头连接044 和045在装置内腔相连，微型温度传感器可以分布于电极片的不同位置。

使用安装方式参照【实施例1】，其中多芯航空插头连接044和045，外端要连接温度读出装置。

Claims (10)

1.可拆卸的多功能软包电池模具，其特征在于：该装置由装置主体(01)，装置主体上盖(02)，固定螺母(03)，工作电极连接螺母(041)，对电极连接螺母(042)，参比电极连接螺母(043)，多芯航空插头连接(044和045)，气体进出口1(051)，气体进出口2(052)构成装置主要外部结构，内有密闭的空间，可放置电池电芯(06)，配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，工作电极连接螺母(041)，对电极连接螺母(042)，参比电极连接螺母(043)，在装置内腔与电极正负极相连，也可实现三电极测试，通过多芯航空插头连接(044和045)可连接多头温度传感器，用于监测电极片不同位置的温度，通过气体进出口螺母1(051)，气体进出口螺母2(052)可以对装置内腔抽真空及将循环过程中生成的副产物导出至气相色谱等仪器进行时时监测，也可以外接压力传感器，对腔内压力进行监测。

2.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：装置主体(01)与装置主体上盖(02)之间有设有密封O圈或密封垫，装置使用固定螺母(03)固定，省略通常软包电池制备所需热封步骤。

3.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：加入电解液后，通过气体进出口1(051)或气体进出口2(052)与真空装置相连，从而能够产生负压，使电解液在负压下快速在电极材料中渗透，提高电池性能。

4.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：工作电极连接柱(041)，对电极连接柱(042)，参比电极连接柱(043)可以互换使用，同时根据不同的电极片的形状，工作电极连接柱(041)，对电极连接柱(042)，参比电极连接柱(043)位置也可以在装置主体(01)上任意更改。

5.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：通过气体进出口1(051)，气体进出口2(052)可以与真空装置相连，将化成过程中生成的气体随时排出，也可以和外接测试装置相连，将化成时和循环时产生的副产物导出装置，在外接测试装置上进行时时监测。

6.根据权利要求1和5所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：装置气体进出口1(051)，气体进出口2(052)可以换成真空阀，在化成过程中用于连接真空装置导出气体，在测试过程中保证装置的气密性，从而省去二次封装的过程。

7.根据权利要求1和5所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：装置设有两个多芯航空插头连接(044和045)可连接多头温度传感器，传感器放置于电极片的不同位置，用于监测电极片在循环过程中的温度，也可以根据需要放置多个航空插头，连接不同传感器，如压力传感器等。

8.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，以保证对电池电芯的压力，此设计可以省去通常软包电池制备过程中涉及的铝塑膜冲壳过程，配合权利要求5和6，此设计可以省去在化成过程中为给电芯施加压力所使用的夹具。

9.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：通过配有不同高度的隔板(07)及多个弹片(08)用于调整当电池电芯厚度不同时的空间距离，对电极材料进行夹持，防止隔膜在循环过程中变形而产生褶皱。

10.根据权利要求1所述的可拆卸的多功能软包电池模具，其特征是：装置使用PEEK及表面负极氧化的铝合金材料构成，耐高温，体积小，可配合加热装置使用，用于不同温度下的化成及测试。

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