CN112748160A - 锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，根据测试需求配制待测锂离子电池电解液；在手套箱内组装电解池，将待测锂离子电池电解液注入电解池中；对锂离子电池电解液进行固化处理；采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数。电解池包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，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锂离子迁移数测试的电解池，有益效果：本发明可以对包括凝胶电解液和半固态电解液等进行锂离子迁移数的测试。锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法的测试对象覆盖范围广，测试方法简单，易于应用推广。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法。
背景技术
锂离子电池工作过程伴随着锂离子和电子的传输，其中，锂离子电解液的传输动力学影响锂离子电池的综合性能(电池倍率、内阻、产热、循环等性能)。锂离子电池的能量和功率密度不只与电解液的离子电导率有关，例如，Li+在电解液中时会有溶剂化现象，即在其表面有一层溶剂化的外壳，Li+的迁移速度受到限制。对于阴离子而言，很少发生溶剂化。过多的阴离子聚集在正极表面，产生阴离子的浓度梯度，造成浓差极化，进而产生过电势，降低了锂离子电池能量密度和功率密度。
锂离子电池的工作过程伴随着电极活性物质的氧化还原反应，即锂离子的正负极侧的嵌入和脱出过程。在锂离子电池的充放电过程中，阴阳离子在正负极之间进行迁移，其中，Li+带正电荷，会在电场的作用下向负极进行迁移，电解液中Li+的迁移对于锂离子在正负极侧的嵌入脱出密切相关，通常定义Li+的迁移数量占电解液中所有的离子迁移数量的比例为Li+的迁移数。通过锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试可以预测锂离子电池的性能。高的迁移系数对于提高锂离子电池的功率密度和能量密度具有重要的意义。如：授权公告号为CN 202494660 U的专利文献公开了一种电解液的锂离子迁移性能的测试装置，包括容器和与所述容器匹配的密封盖，所述密封盖上设有电极，所述电极的一端和置于所述容器内的固定管相连，另一端穿过密封盖上的中心插孔露出用于连接测试仪器的测试接头。授权公告号为CN 210514170 U的专利文献公开了一种锂离子电池电解质锂离子迁移数测试装置，包括隔膜(1)、锂片(2)、电池外壳(4)，其特征在于，还包括集流板(3)，极耳(5)分体或一体成型在集流板(3)，两个锂片(2)由隔膜(1)分隔，隔膜(1)位于两个集流板(3)间，集流板(3)具有安装锂片(2)的定位槽(6)并将所述锂片(2)限位其内，且两个定位槽(6)在各自集流板(3)的位置对称。
锂离子电池通过电解质的凝胶化或者固态化，用来改善锂离子电池的安全性。对于凝胶电解质及半固态电解质而言，它们不同于液态电解液和全固态电解质，不具备液态电池的流淌性同时没有全固态电解质的机械强度。目前，对于凝胶电解质及半固态电解质而言，因为它们不具备液态电解液和全固态电解质的特性，其锂离子迁移数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锂离子迁移数的测试方法，可以对锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液进行锂离子迁移数的测试。
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锂离子迁移数的测试方法，步骤如下：
步骤1、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，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、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装锂离子迁移数测试的电解池，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，首先将绝缘环放入对电极盖形螺母中，选用2片直径为2r的新鲜锂金属片，将绝缘垫片置于2片锂金属片之间平行紧密贴合放置，并将锂片/绝缘垫片/锂片置于绝缘环内并与对电极盖形螺母底部紧密贴合；工作电极集流体与计算需注入电解液的体积V，V＝dπr2，并将体积为V的电解液注入电解池中；依次放入集流体、集流柱、弹簧、绝缘螺栓座，组装好电解池、拧紧密封；
步骤3、根据测试需要对锂离子电池电解液进行固化处理：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、采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+，
其中：ΔV为施加于电池两端的电压、I0为初始电流、Rel 0Rel 0为初始电极反应电阻、Iss为稳态电流、Rel ss为稳态电极反应电阻、Rb 0为初始电解质电阻、Rb ss为稳态电解质电阻。
所述锂离子电池电解液包括锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液。
所述锂离子电池凝胶电解液为原位聚合锂离子电池凝胶电解液，所述半固态电解液为原位聚合锂离子电池半固态电解液。
所述步骤2中组装的锂离子迁移数测试的电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，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锂离子迁移数测试的电解池，所述工作电极结构件包括绝缘螺栓座、弹簧、不锈钢集流柱、限位柱、工作电极集流体、绝缘套、绝缘垫片和对电极盖形螺母，所述绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢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盖形螺母，所述圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。
所述绝缘套采用PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶材料，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm；所述绝缘螺栓座采用PTFE或PET材料。
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的通透型三层夹心结构，垫片总厚度为10μm-2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度分别为1μm-500μm。
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；密封层材质为橡胶层。
有益效果：本发明可以对包括凝胶电解液和半固态电解液等进行锂离子迁移数的测试。锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法的测试对象覆盖范围广，测试方法简单，易于应用推广。
附图说明
图1是本发明使用的离子电导率测试电解池结构件分解图；
图2是本发明使用的离子电导率测试电解池结构组装图；
图3是本发明实施例1测试的电化学阻抗图；
图4是本发明实施例1测试的极化曲线。
图中：1、绝缘螺栓座；2、弹簧；3、不锈钢集流柱；4、限位柱；5、工作电极集流体；6、绝缘套；7、绝缘垫片；8、对电极盖形螺母；9、工作电极结构件；10、对电极结构件。
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，本实施例提供了一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，步骤如下：
步骤1、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，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、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装锂离子迁移数测试的电解池，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，首先将绝缘环放入对电极盖形螺母中，选用2片直径为2r的新鲜锂金属片，将绝缘垫片置于2片锂金属片之间平行紧密贴合放置，并将锂片/绝缘垫片/锂片置于绝缘环内并与对电极盖形螺母底部紧密贴合；工作电极集流体与计算需注入电解液的体积V，V＝dπr2，并将体积为V的电解液注入电解池中；按照图例中电解池组装顺序，依次放入集流体、集流柱、弹簧、绝缘螺栓座等，组装好电解池、拧紧密封。
步骤3、根据测试需要对锂离子电池电解液进行固化处理：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、采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+，
其中：ΔV为施加于电池两端的电压、I0为初始电流、Rel 0Rel 0为初始电极反应电阻、Iss为稳态电流、Rel ss为稳态电极反应电阻、Rb 0为初始电解质电阻、Rb ss为稳态电解质电阻。
所述锂离子电池电解液包括锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液。
所述锂离子电池凝胶电解液为原位聚合锂离子电池凝胶电解液，所述半固态电解液为原位聚合锂离子电池半固态电解液。
详见附图1、2，所述步骤2中组装的锂离子迁移数测试的电解池，包括工作电极结构件9、对电极结构件10和绝缘垫片7，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锂离子迁移数测试的电解池，所述工作电极结构件包括绝缘螺栓座1、弹簧2、不锈钢集流柱3、限位柱4、工作电极集流体5、绝缘套6、绝缘垫片7和对电极盖形螺母8，所述绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢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盖形螺母，所述圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。所述绝缘套采用PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶材料，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm；所述绝缘螺栓座采用PTFE或PET材料。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的通透型三层夹心结构，垫片总厚度为10μm-2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度分别为1μm-500μm。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；密封层材质为橡胶层。
实施例1
一种锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法，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)，准备锂离子迁移数测试电解池，绝缘片直径1.8cm，厚度100μm，孔面积为1cm2，并将0.025mL电解液注入电解池中；
3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，工作电极及对电极均为锂金属箔片，组装电解池、密封，60度下静置电解池12个小时，待测；
4)详见附图3、4，采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，施加于电池两端的电压ΔV，初始电流I0，初始电极反应电阻Rel 0，稳态电流Iss，稳态电极反应电阻Rel ss，初始电解质电阻Rb 0，稳态电解质电阻Rb ss，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+。
实施例2
一种锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法，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：PC：LLZO：EMC：VC：PS：氰基丙烯酸乙酯(ECA)：偶氮二异丁腈(AIBN)＝16％：18％：2％：40％：2％：2％：19％：1％；
2)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，准备锂离子迁移数测试电解池，绝缘片直径1.8cm，厚度100μm，孔面积为1cm2，并将0.025mL电解液注入电解池中；
3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，工作电极及对电极均为锂金属箔片，组装电解池、密封，60度下静置电解池12个小时，待测；
4)详见附图3、4，采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，施加于电池两端的电压ΔV，初始电流I0，初始电极反应电阻Rel 0，稳态电流Iss，稳态电极反应电阻Rel ss，初始电解质电阻Rb 0，稳态电解质电阻Rb ss，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+。
实施例3
一种锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法，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：DMC：EMC：VC：季戊四醇四丙烯酸酯(PET4A)：氰基丙烯酸乙酯(ECA)：偶氮二异丁腈(AIBN)＝16％：10％：16％：40％：2％：5％：10％：1％；
2)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，准备锂离子迁移数测试电解池，绝缘片直径1.8cm，厚度100μm，孔面积为1cm2，并将0.025mL电解液注入电解池中；
3)在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，工作电极及对电极均为锂金属箔片，组装电解池、密封，60度下静置电解池12个小时，待测；
4)详见附图3、4，采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，施加于电池两端的电压ΔV，初始电流I0，初始电极反应电阻Rel 0，稳态电流Iss，稳态电极反应电阻Rel ss，初始电解质电阻Rb 0，稳态电解质电阻Rb ss，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+。
结合附图1、2对电解池的结构进一步说明
锂离子迁移数测试电解池包括工作电极结构件9、对电极结构件10和绝缘垫片7，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。
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中螺栓座为绝缘螺栓座，所述不锈钢集流柱、工作电极集流体、对电极盖形螺母为不锈钢材质，且工作电极结构件和对电极结构件采用螺栓/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为包括绝缘螺栓座、不锈钢集流柱、不锈钢弹簧、限位柱、工作电极集流体和绝缘套，其中，不锈钢弹簧连接绝缘螺栓和不锈钢集流柱，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。
测试电解池中的绝缘垫片材质为PE、PP、PVDF、PTFE、PET、橡胶等聚合物材质，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm。绝缘螺栓座材质为PTFE、PET等聚合物材质。
上述参照实施例对该一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的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 (6)
1.一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：步骤如下：
步骤1、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，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、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装锂离子迁移数测试的电解池，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，首先将绝缘环放入对电极盖形螺母中，选用2片直径为2r的新鲜锂金属片，将绝缘垫片置于2片锂金属片之间平行紧密贴合放置，并将锂片/绝缘垫片/锂片置于绝缘环内并与对电极盖形螺母底部紧密贴合；工作电极集流体与计算需注入电解液的体积V，V＝dπr2，并将体积为V的电解液注入电解池中；依次放入集流体、集流柱、弹簧和绝缘螺栓座，组装好电解池、拧紧密封；
步骤3、根据测试需要对锂离子电池电解液进行固化处理：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、采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，根据以下公式，t+＝[IssRb ss(ΔV-I0Rel 0)]/[I0Rb 0(ΔV-IssRel ss)]，计算锂离子迁移数t+，
其中：ΔV为施加于电池两端的电压、I0为初始电流、Rel 0Rel 0为初始电极反应电阻、Iss为稳态电流、Rel ss为稳态电极反应电阻、Rb 0为初始电解质电阻、Rb ss为稳态电解质电阻。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：所述锂离子电池电解液包括锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液。所述锂离子电池凝胶电解液为原位聚合锂离子电池凝胶电解液，所述半固态电解液为原位聚合锂离子电池半固态电解液。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：步骤2中组装的所述锂离子迁移数测试的电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，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锂离子迁移数测试的电解池，所述工作电极结构件包括绝缘螺栓座、弹簧、不锈钢集流柱、限位柱、工作电极集流体、绝缘套、绝缘垫片和对电极盖形螺母，所述绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢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，阶梯孔底部设有绝缘套并构成对电极盖形螺母，所述圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：所述绝缘套采用PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶材料，厚度为0.5mm-2mm，高度为5mm-20mm；所述绝缘螺栓座采用PTFE或PET材料。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，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的通透型三层夹心结构，垫片总厚度为10μm-2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm-1mm，密封层厚度分别为1μm-500μm。
6.根据权利要求3或5所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，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；密封层材质为橡胶层。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113433459A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-24 | 天津大学 | 用于固态锂电池测试的装置 |
| CN114459963A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-05-10 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 一种正极材料中锂离子扩散能力的评价方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062997A (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水系電解質二次電池用正極材料の評価方法。 |
| CN107102041A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-29 | 济南大学 | 一种用于原位锂电池电化学测试的叠压式三电极电解槽 |
| CN208872625U (zh) * | 2018-08-17 | 2019-05-17 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种电解质锂离子迁移数测试装置 |
| CN110261380A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-20 | 华东理工大学 | 一种锂离子电池电极反应的原位同步观测系统 |
| EP3629413A1 (fr) * | 2018-09-28 | 2020-04-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Électrolyte gélifié, procédé de préparation et utilisation de l'électrolyte gélifié |
| CN210514170U (zh) * | 2019-07-15 | 2020-05-12 | 大连恒超锂业科技有限公司 | 锂离子电池电解质锂离子迁移数测试装置 |
| CN111398683A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-10 | 苏州宇量电池有限公司 | 一种固态电解质的离子电导率测试夹具及测试方法 |
-
2020
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062997A (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水系電解質二次電池用正極材料の評価方法。 |
| CN107102041A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-29 | 济南大学 | 一种用于原位锂电池电化学测试的叠压式三电极电解槽 |
| CN208872625U (zh) * | 2018-08-17 | 2019-05-17 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种电解质锂离子迁移数测试装置 |
| EP3629413A1 (fr) * | 2018-09-28 | 2020-04-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Électrolyte gélifié, procédé de préparation et utilisation de l'électrolyte gélifié |
| CN110261380A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-20 | 华东理工大学 | 一种锂离子电池电极反应的原位同步观测系统 |
| CN210514170U (zh) * | 2019-07-15 | 2020-05-12 | 大连恒超锂业科技有限公司 | 锂离子电池电解质锂离子迁移数测试装置 |
| CN111398683A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-10 | 苏州宇量电池有限公司 | 一种固态电解质的离子电导率测试夹具及测试方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113433459A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-24 | 天津大学 | 用于固态锂电池测试的装置 |
| CN114459963A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-05-10 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 一种正极材料中锂离子扩散能力的评价方法 |
| CN114459963B (zh) * | 2022-03-25 | 2024-04-02 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 一种正极材料中锂离子扩散能力的评价方法 |
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