CN112683978A - 锂离子电池电解液离子电导率测试电解池及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,包括工作电极结构件和对电极结构件，工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件连接构成电导率测试电解池结构。电导率测试方法，配制电解液；采用原位聚合法制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质、聚合物电解质单体溶液；将体积为V的电解液注入电解池中；将电解池加热处理，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；采用电化学阻抗测试法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算离子电导率。有益效果：本发明通过限定测试厚度和测试面积，对包括锂离子电池液态电解液、凝胶电解液和半固态电解液进行离子电导率的测试，一致性和准确性好。

Description

锂离子电池电解液离子电导率测试电解池及其测试方法

技术领域

本发明属于锂电池电解液测试技术，尤其涉及一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池及其测试方法

背景技术

锂离子电池工作过程中，其内部伴随着锂离子和电子的传输。锂离子电池内部，电子的传输主要是通过导电网络的固体颗粒，特别是导电剂组成的三维网络传导至活物质颗粒/电解液界面参与电极的氧化还原反应。而锂离子的传输是通过电极孔隙内填充的电解液进行的，锂离子的传导特性影响锂离子电池的性能，包括锂离子电池的倍率特性、内阻、电池产热性能等。所以，通过锂离子电池电解液离子电导率的测试可以预测锂离子电池的性能。

一般液态电解液的离子电导率测试使用电导电极实现，通常电导电极为面积A、距离L确定的两个平行电极片，对应电极电导常数K。通过电化学交流阻抗测得电阻R，则电导率

对于无机电解质离子电导率的测试，一般通过一定压强的冷压或较低温度的烧结，就可获得电导率和体相电导率相近的片状样品。无机电解质离子电导率的测试需在较大压强的保持下进行交流阻抗法的测试，以保证电解质和模具的良好接触。

聚合物电解质通常选用不锈钢片将冲裁的聚合物膜夹在中间，组装扣式电池进行测试。测试装置几何尺寸的确定是聚合物电导率测试中的难点。聚合物膜冲裁的直径大于不锈钢片，因而面积为不锈钢片的面积；其厚度较薄，并且实际厚度在组装扣式电池时由于压力而发生较大程度的改变。

目前，对于凝胶电解质及半固态电解质而言，它们不具备液态电解液流淌性及固态电解质高机械强度的特性，其离子电导率的测试尚无固定的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池及其测试方法,通过限定测试厚度和测试面积，对包括锂离子电池液态电解液、凝胶电解液和半固态电解液进行离子电导率的测试，一致性和准确性好。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：包括工作电极结构件和对电极结构件，所述工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件螺纹连接后构成整体电导率测试电解池结构。

所述绝缘垫片形状呈圆形，绝缘垫片上设有中心孔，中心孔的形状为圆形、三角形、方形或菱形。

所述绝缘垫片包括依次连接的密封层、结构支撑层和密封层构成三层夹心结构，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度为1μm-500μm，绝缘垫片总厚度为10μm-2mm。

所述绝缘垫片的结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE或PET材质；所述密封层材质为橡胶层。

所述工作电极结构件包括工作电极座、弹簧、集流柱、限位柱、工作电极和绝缘套，所述工作电极座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在集流柱前端，集流柱后端与限位柱滑动连接，集流柱前端贯穿工作电极座中心孔中，集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状工作电极结构，所述对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔内设有绝缘内衬，阶梯孔底部设有绝缘套构成对电极结构。

所述绝缘环的材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm，所述绝缘内衬的材质为PTFE和PET，厚度为1mm-3mm。

一种应用上述电解池的锂离子电池电解液离子电导率测试方法，其特征是：步骤如下：

步骤1，根据测试需求配制需要测试的电解液；针对采用原位聚合方法制备的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质，按照配方要求配制出聚合物电解质单体溶液；

步骤2，准备离子电导率测试电解池，计算需注入电解液的体积V，V＝dπr²，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，并将体积为V的电解液注入电解池中；

步骤3，组装好电解池、密封；将电解池进行加热处理，温度范围为30-80℃，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；

步骤4，采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算出离子电导率。

所述电解液包括锂离子电池液态电解液或适于原位聚合的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过限定测试厚度和测试面积，对包括锂离子电池液态电解液、凝胶电解液和半固态电解液进行离子电导率的测试，一致性和准确性好。对于通过原位聚合方法制备的凝胶电解液、半固态电解液及固态电解质，使用本方法无需隔膜和其他处理，即可无损地进行凝胶电解液、半固态电解液及固态电解质的本征离子电导率的测试。”锂离子电池电解液离子电导率测试方法的测试对象覆盖范围广，易于应用推广。

附图说明

图1是锂离子电池电解液离子电导率测试电解池的结构轴测图；

图2是图1的结构组装图；

图3是实施例1中测试的电化学阻抗曲线；

图4是实施例2中测试的电化学阻抗曲线；

图5是实施例3中测试的电化学阻抗曲线。

图中：1、工作电极座，2、弹簧，3、集流柱，4、限位柱，5、工作电极，6、绝缘套，7、绝缘垫片，8、对电极结构，9、绝缘内衬。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

详见附图1、2，本实施例提供了一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,包括工作电极结构件和对电极结构件，所述工作电极结构件通过绝缘垫片7与对电极结构件螺纹连接后构成整体电导率测试电解池结构。所述工作电极结构件包括工作电极座1、弹簧2、集流柱3、限位柱4、工作电极5和绝缘套6，所述工作电极座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在集流柱前端，集流柱后端与限位柱滑动连接，集流柱前端贯穿工作电极座中心孔中，集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状的工作电极结构，所述对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔内设有绝缘内衬9，阶梯孔底部设有绝缘套构成对电极结构8。

本实施例的优选方案是，所述绝缘垫片形状呈圆形，绝缘垫片上设有中心孔，中心孔的形状为圆形、三角形、方形或菱形。

本实施例的优选方案是，所述绝缘垫片包括依次连接的密封层、结构支撑层和密封层构成三层夹心结构，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度为1μm-500μm，绝缘垫片总厚度为10μm-2mm。

本实施例的优选方案是，所述绝缘垫片的结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE或PET材质；所述密封层材质为橡胶层。

本实施例的优选方案是，所述绝缘环的材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm，所述绝缘内衬的材质为PTFE和PET，厚度为1mm-3mm。

一种应用上述电解池的锂离子电池电解液离子电导率测试方法，其特征是：步骤如下：

步骤1，根据测试需求配制需要测试的电解液；针对采用原位聚合方法制备的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质，按照配方要求配制出聚合物电解质单体溶液；

步骤2，准备离子电导率测试电解池，计算需注入电解液的体积V，V＝dπr²，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，并将体积为V的电解液注入电解池中；

步骤3，组装好电解池、密封；将电解池进行加热处理，温度范围为30-80℃，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；

步骤4，采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算出离子电导率。

所述电解液包括锂离子电池液态电解液或适于原位聚合的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质。

结合附图对本实施例的结构和工作过程做进一步说明

离子电导率测试电解池包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘环，特别包含一种通透绝缘垫片，用于电解质结构支撑及隔绝工作电极和对电极。使用上述离子电导率测试电解池，可以对包括锂离子电池液态电解液、凝胶电解液和半固态电解液进行锂离子电池电解液离子电导率的测试。所述通透绝缘垫片形状为圆形垫片，垫片上设置有孔，其中，孔的形状包括且不限于圆形、三角形、方形、菱形及其他多边形中的一种或几种。所述通透绝缘垫片，为密封层/结构支撑/密封层的三层夹心结构，结构支撑层在中间，垫片总厚度为10μm-2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度为1μm-500μm。所述的通透绝缘垫片的密封层/结构支撑/密封层结构中，结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET等形变小的聚合物材质；密封层材质为橡胶层，可形变，起密封作用。所述工作电极结构件和对电极结构件为不锈钢材质，且采用螺栓/盖形螺母结构连接。所述工作电极结构件与绝缘环和通透绝缘垫片组装后可形成工作电极和对电极绝缘的电解池。所述工作电极结构件采用螺栓结构，对电极结构件采用盖形螺母结构。所述工作电极结构件为包括不锈钢电极柱、不锈钢集流柱、不锈钢弹簧、限位柱、工作电极和绝缘套，其中，不锈钢弹簧连接不锈钢电极柱和不锈钢集流柱，保证测试过程中工作电极与测试物质的接触。对电极结构件采用盖形螺母为不锈钢铸件，内含绝缘内衬避免工作电极和对电极的直接接触。所述的离子电导率的测试电解池中，绝缘环材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET、橡胶等聚合物材质，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm。对电极结构件的绝缘内衬材质为PTFE、PET等形变小的聚合物材质，厚度为1mm-3mm。

实施例1

一种锂离子电池电解液离子电导率测试方法，实施例步骤如下：

1)第一步，在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，配制锂离子电池凝胶电解液，配方质量比为LiPF₆：ECA：EC：EMC：VC：PS：偶氮二异丁腈(AIBN)＝16％：20％：30％：30％：2％：1％：1％；

2)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，准备离子电导率测试电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件、绝缘环和绝缘垫片；绝缘片直径1.8cm，厚度1mm，孔面积为0.7693cm²，并将0.25mL电解液注入电解池中；

3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装电解池、密封，常温下静置电解池1个小时，待测；

4)采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算离子电导率。

实施例2

一种锂离子电池电解液离子电导率测试方法，实施例步骤如下：

1)第一步，在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，配制锂离子电池凝胶电解液，配方质量比为LiPF₆：DMC：EC：EMC：VC：PS：1,3-二氧戊环(DOL)：偶氮二异丁腈(AIBN)＝16％：29％：20％：20％：2％：2％：10％：1％。

2)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，准备离子电导率测试电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件、绝缘环和绝缘垫片；绝缘片直径1.8cm，厚度500μm，孔面积为0.3846cm²，并将0.13mL电解液注入电解池中。

3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装电解池、密封，60度下静置电解池12个小时，待测。

4)采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算离子电导率。

实施例3

一种锂离子电池电解液离子电导率测试方法，实施例步骤如下：

1)第一步，在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，配制锂离子电池半固态电解液，配方质量比为LiPF₆：PPC：EC：EMC：VC：PS：季戊四醇四丙烯酸酯(PET4A)：AIBN＝16％：15％：30％：30％：2％：2％：4％：1％。

2)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，准备离子电导率测试电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件、绝缘环和绝缘垫片；绝缘片直径1.8cm，厚度200μm，孔面积为0.1538cm²，并将0.05mL电解液注入电解池中。

3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装电解池、密封，60度下静置电解池12个小时，待测。

4)采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算离子电导率。

根据公式：

计算电解液的离子电导率，如下表：

上述参照实施例对该一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池及其测试方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：包括工作电极结构件和对电极结构件，所述工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件螺纹连接后构成整体电导率测试电解池结构。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：所述绝缘垫片形状呈圆形，绝缘垫片上设有中心孔，中心孔的形状为圆形、三角形、方形或菱形。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：所述绝缘垫片包括依次连接的密封层、结构支撑层和密封层构成三层夹心结构，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度为1μm-500μm，绝缘垫片总厚度为10μm-2mm。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：所述绝缘垫片的结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE或PET材质；所述密封层材质为橡胶层。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：所述工作电极结构件包括工作电极座、弹簧、集流柱、限位柱、工作电极和绝缘套，所述工作电极座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在集流柱前端，集流柱后端与限位柱滑动连接，集流柱前端贯穿工作电极座中心孔中，集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状工作电极结构，所述对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔内设有绝缘内衬，阶梯孔底部设有绝缘套构成对电极结构。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液离子电导率测试电解池,其特征是：所述绝缘环的材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm，所述绝缘内衬的材质为PTFE和PET，厚度为1mm-3mm。

7.一种应用上述电解池的锂离子电池电解液离子电导率测试方法，其特征是：步骤如下：

步骤1，根据测试需求配制需要测试的电解液；针对采用原位聚合方法制备的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质，按照配方要求配制出聚合物电解质单体溶液；

步骤2，准备离子电导率测试电解池，计算需注入电解液的体积V，V＝dπr²，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，并将体积为V的电解液注入电解池中；

步骤3，组装好电解池、密封；将电解池进行加热处理，温度范围为30-80℃，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；

步骤4，采用电化学阻抗的测试方法，测试电解池的电化学阻抗谱图，计算出离子电导率。

8.根据权利要求7所述的电导率测试方法，其特征是：所述电解液包括锂离子电池液态电解液或适于原位聚合的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质。

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