CN114018994B - 三电极电池测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开三电极电池测试装置，包括壳体组件、参比电极组件、卷芯组件及紧固组件，其中壳体组件包括相对设置的顶盖和底座，顶盖和底座通过密封件连接，底座上开设有容置腔；参比电极组件放置在容置腔内；卷芯组件包括卷芯套圈、卷芯压块及待测卷芯，待测卷芯放置在参比电极组件上，卷芯套圈套设在待测卷芯外，卷芯压块用于对待测卷芯进行压持；紧固组件用于将顶盖和底座固定。该装置特别适用于圆柱卷绕式电芯的测试，具有结构简单，安装便捷，可循环使用等优点。

Description

三电极电池测试装置

技术领域

本发明涉及电池测试领域，特别是涉及一种三电极电池测试装置。

背景技术

三电极电池一般分别为工作电极、辅助电极和参比电极。通过对工作电极、辅助电极之间进行充放电，检测工作电极、辅助电极、参比电极之间的两两之间的电压曲线，即可到工作电极的材料性能。现有的三电极电池测试装置主要用于对叠片式电池的测试，而叠片式电池与卷绕式电池即便材料相同，设计相同，但是由于形状不同会导致电池性能不同，因此现有的叠片式三电极电池并不适用于卷绕式电池的测试，对卷绕式电池的指导意义有限。

进一步的，现有的对卷绕式电池的测试一般采用铜丝镀锂作为参比电极，如专利CN206976495U中将参比电极置于电池正极和负极之间，且正极与参比电极之间、参比电极与负极之间用隔膜分隔，然后将正极、负极、隔膜、参比电极进行卷绕后封装于外壳内，然后进行测试，首先该方法需要拆电池，加入铜丝，再封装，操作工序繁琐，再者参比电极实际上放置于卷绕式电池的内部结构中，参比电极以及隔膜可能会影响卷绕式电池的电化学性能，从而导致最终的测试结果不准确。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种适用于卷绕式电池的三电极电池测试装置，该装置可以直接测试量产级别的电池卷芯，使测试结果更接近电池的实际电化学性能，同时该装置结构简单，拆装简便，提高了工作效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种三电极电池测试装置，包括；

壳体组件，所述壳体组件包括相对设置的顶盖和底座，所述顶盖安装在所述底座上，所述底座上开设有容置腔；

参比电极组件，所述参比电极组件放置在所述容置腔内；

卷芯组件，所述卷芯组件包括卷芯套圈、卷芯压块及待测卷芯，所述待测卷芯放置在所述参比电极组件上，所述卷芯套圈套设在所述待测卷芯外，所述卷芯压块用于对所述待测卷芯进行压持。

在其中一个实施方式中，所述壳体组件还包括密封件，所述密封件包括第一密封件及第二密封件，所述底座开设有第一密封凹槽，所述第一密封凹槽环绕设置在所述容置腔外，所述顶盖开设有与所述第一密封凹槽相对应的第二密封凹槽，所述第一密封件放置在所述第一密封凹槽上，所述第二密封件放置在所述第二密封凹槽上，当所述顶盖与所述底座相互靠近时，所述第一密封件与所述第二密封件贴合。

在其中一个实施方式中，所述参比电极组件包括第一极耳、参比电极及隔膜，所述参比电极放置在所述容置腔内，所述隔膜放置在所述参比电极之上，所述第一极耳的一端与所述参比电极连接，所述第一极耳的另一端延伸至所述壳体组件之外。

在其中一个实施方式中，所述待测卷芯包括卷芯本体、第二极耳和第三极耳，所述第二极耳和所述第三极耳的一端分别连接所述卷芯本体的正极和负极，所述第二极耳和所述第三极耳的另一端分别延伸至所述壳体组件外。

在其中一个实施方式中，所述容置腔的底部以及侧壁向内凹陷形成连续的第一引出槽，所述第一引出槽用于容置第一极耳。

在其中一个实施方式中，所述容置腔的侧壁开设有第一定位槽，所述卷芯套圈的外侧壁设置有定位凸起，所述定位凸起嵌置于所述第一定位槽内。

在其中一个实施方式中，所述卷芯套圈内开设有中心通孔，所述中心通孔的侧壁上开设有多个第一容置槽，所述卷芯套圈的一端上设置有环状凸起，所述环状凸起上开设有多个第二容置槽，并且每一所述第一容置槽对应连通一所述第二容置槽，以使所述第一容置槽和所述第二容置槽形成第二引出槽，所述第二引出槽用于容置所述第二极耳或者所述第三极耳。

在其中一个实施方式中，所述环状凸起的厚度为所述密封件厚度的1～1.5倍。

在其中一个实施方式中，所述卷芯组件还包括弹性件，所述顶盖上开设有第二定位槽，所述卷芯压块上开设有相对应的第三定位槽，所述弹性件的一端抵接于所述第二定位槽内，所述弹性件的另一端抵接于第三定位槽内，当所述顶盖与所述底座固定时，所述弹性件被压缩于所述卷芯压块和所述顶盖之间。

在其中一个实施方式中，所述第一极耳、所述第二极耳及所述第三极耳被第一密封件和第二密封件的连接部位分别包覆有密封胶。

在其中一个实施方式中，所述顶盖上开设有多个第一定位孔，所述底座上开设有多个第二定位孔，多个所述第一定位孔与多个所述第二定位孔一一对应；所述壳体组件还包括多个紧固件，每一紧固件依次穿设一所述第一定位孔和一所述第二定位孔。

在其中一个实施方式中，所述壳体组件还包括若干个定位柱，若干个所述定位柱分别对应穿设一所述第二定位孔，用于协助所述顶盖与所述底座定位。

在其中一个实施方式中，所述参比电极为金属锂片。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

(1)本发明提供的三极电池测试装置可适用于卷绕式电芯的直接测试，无需对卷绕式电芯进行拆解，参比电极设置在卷绕式电芯之外，能够测试量产级别的电池卷芯，使测试结果更接近电池的实际电化学性能。

(2)本发明提供的三极电池测试装置具有结构简单，拆装简便的优点，且只需要更换待测卷芯即可对不同的电极材料进行测试，即本装置是可循环多次使用，节约成本，利于环保。

(3)本装置通过更换不同规格的卷芯套圈和卷芯压块，可适用于不同直径和高度的待测卷芯的测试。

附图说明

图1为本发明一实施方式的三电极电池测试装置的结构示意图；

图2为图1所述三电极电池测试装置的爆炸结构示意图；

图3为图1所述三电极电池测试装置的底座结构示意图；

图4为图1所述三电极电池测试装置的顶盖结构示意图；

图5为图1所述三电极电池测试装置的待测卷芯结构示意图；

图6为图1所述所述三电极电池测试装置的卷芯套圈结构示意图；

图7为图1所述所述三电极电池测试装置的卷芯压块结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

请参阅图1及图2，一种三电极电池测试装置10，包括：壳体组件100，参比电极组件200及卷芯组件300，壳体组件100包括相对设置的顶盖110和底座120，顶盖110安装在底座120上，底座120上开设有容置腔121；参比电极组件200放置在容置腔121内；卷芯组件300包括卷芯套圈310、卷芯压块320及待测卷芯330，待测卷芯330放置在参比电极组件200上，卷芯套圈310套设在待测卷芯330外，卷芯压块320用于对待测卷芯330进行压持。

需要说明的是，安装时，容置腔121内装有电解液，先将参比电极组件200放入容置腔121内，继续将待测卷芯330放置在参比电极组件200上，然后依次放置卷芯套圈310和卷芯压块320，如此将参比电极组件200和待测卷芯330进行了初步限位，然后将顶盖110安装在底座120上，如此完成了三电极电池测试装置10的安装。现有技术中提供的三电极电池一般是针对叠片式电池开发的装置，叠片式电池和卷绕式电池即便所采用的材料完全一样，但是由于结构不同，因此电池性能并不相同，因此现有的叠片式电池的测试装置实际上并不适用于卷绕式电池的测试，同时，现在的三电极电池测试装置一般是将参比电极插入正极和负极之间，一是操作工序繁琐，二是参比电极在电池本体内，会影响电池本身的结构，导致最终测试的电化学性能结果不准确。本发明提供的三电极电池测试装置10可以直接对圆柱形的待测卷芯330进行测试，无需对待测卷芯330进行拆解并插入参比电极，亦即，本发明提供的三电极电池测试装置10可以直接测试量产级别的电池卷芯，使测试结果更接近最终电池的实际电化学性能，对电池的研发有显著的指导意义，同时三电极电池测试装置10具有结构简单，安装简便特点。

进一步的，底座120由包括亚克力、聚四氟乙烯、不锈钢等耐酸碱、耐腐蚀等材料制备，铝等与电池可能发生反应、腐蚀的材料不能使用；顶盖110则由包括亚克力、聚四氟乙烯等不导电、耐酸碱、耐腐蚀材料制备得到。即采用绝缘材料作为壳体组件，由于无须考虑壳体组件是否会和正负极极耳以及参比电极极耳导通短路的问题，因此三电极电池测试装置10的结构设计可更加简单。

请参阅图1、图3及图4，一个实施方式中，壳体组件100还包括密封件130，密封件130包括第一密封件131及第二密封件132，底座120开设有第一密封凹槽122，第一密封凹槽122环绕设置在容置腔121外，顶盖110开设有与第一密封凹槽122相对应的第二密封凹槽111，第一密封件131放置在第一密封凹槽122上，第二密封件132放置在第二密封凹槽111上，当顶盖110与底座120相互靠近时，第一密封件131与第二密封件132贴合。

需要说明的是，通过设计第一密封件131及第二密封件132，以及在顶盖110和底座120分别开设第一密封凹槽122和第二密封凹槽111，一是提高密封件130的密封性能，二是能够对密封件130进行限位，使安装更加简便，三是为极耳向外延伸预留空间，向外延伸的极耳端由第一密封件131和第二密封件132夹持固定，减少了短路风险。

进一步的，第一密封件131和第二密封件132为环形密封圈，密封凹槽的外径与环形密封圈外径等大，密封凹槽的内径比环形密封圈小0.1～0.3mm，符合胶圈密封设计原则，如此能提高密封性。

请参阅图2，一个实施方式中，参比电极组件200包括第一极耳210、参比电极220及隔膜230，参比电极220放置在容置腔121内，隔膜230放置在参比电极220之上，第一极耳210的一端与参比电极220连接，第一极耳210的另一端延伸至壳体组件100之外。

需要说明的是，第一极耳210的一端放置在容置腔121内与参比电极220连接，第一极耳210的另一端从容置腔121中往外延伸，经过第一密封件131和第二密封件132的夹持固定后暴露在壳体组件100之外，方便外部装置连接。

请参阅图5，一个实施方式中，待测卷芯330包括卷芯本体331、第二极耳332和第三极耳333，第二极耳332和第三极耳333的一端分别连接卷芯本体331的正极和负极，第二极耳332和第三极耳333的另一端分别延伸至壳体组件100外。

需要说明的是，第二极耳332与第三极耳333的一端分别与卷芯本体331的正极和负极连接，第二极耳332与第三极耳333的另一端分别从卷芯套圈310引出，经过第一密封件131和第二密封件132的夹持固定后，暴露在壳体组件100外。

请参阅图3，一个实施方式中，容置腔121的底部以及侧壁向内凹陷形成连续的第一引出槽1211，第一引出槽1211用于容置第一极耳210。

需要说明的是，第一极耳210的一端需要与参比电极220连接，第一极耳210的另一端需要外伸至壳体组件100之外，以用于与外部装置电连接。在底座120上设置用于容置第一极耳210的第一引出槽1211，能够对第一极耳210进行限位，使其在电池测试装置中不易移动，以确保第一极耳210与参比电极220的连接稳定性。

请参阅图3，一个实施方式中，第一引出槽1211包括底部凹槽1211a部和侧壁凹槽1211b部，底部凹槽1211a部和侧壁凹槽1211b部的宽度比第一极耳210的宽度大0.1～1.5mm，侧壁凹槽1211b部的深度比第一极耳210的厚度大0.01～0.5mm，如此能够方便第一极耳210的放置，同时，底部凹槽1211a部的深度比第一极耳210的厚度小0.01～0.1mm，如此能够提高第一极耳210与参比电极220的连接稳定性。

请参阅图3及图6，一个实施方式中，容置腔121的侧壁开设有第一定位槽1212，卷芯套圈310的外侧壁设置有定位凸起311，定位凸起311嵌置于第一定位槽1212内。

需要说明的是，当卷芯套圈310放置在容置腔121时，定位凸起311与第一定位槽1212相互卡合，如此实现卷芯套圈310与底座120的相对定位，即进一步的对第二极耳332与第三极耳333进行限位，使第二极耳332和第三极耳333的位置相对固定，提高连接稳定性。

请参阅图6，一个实施方式中，卷芯套圈310内开设有中心通孔312，中心通孔312的侧壁上开设有多个第一容置槽3121，卷芯套圈310的一端上设置有环状凸起313，环状凸起313上开设有多个第二容置槽3131，并且每一第一容置槽3121对应连通一第二容置槽3131，以使第一容置槽3121和第二容置槽3131形成第二引出槽，第二引出槽用于容置第二极耳332或者第三极耳333。

需要说明的是，中心通孔312的内直径比待测卷芯330直径大0.05～0.5mm，如此能够给予待测卷芯330装配间隙和膨胀空间，中心通孔312的深度＝容置腔121深度-参比电极220厚度，如此提高整体装置的适配度，进一步的，可以通过更换不同内腔直径的卷芯套圈310以适配不同直径的待测卷芯330，且卷芯套圈310可采用亚克力、聚四氟乙烯等不导电、耐酸碱、耐腐蚀的材质制备得到；其中，第二引出槽主要用于对第二极耳332或第三极耳333进行限位，避免第二极耳332与螺栓141、第三极耳333与螺栓141或者第二极耳332与第三极耳333之间相互接触短路。

一个实施方式中，环状凸起313的厚度为密封件130厚度的1～1.5倍，通过环状凸起313的厚度控制第一密封件131和第二密封件132的挤压下限，防止第一密封件131和第二密封件132的过度挤压导致永久性变形、破裂或密封失效。

一个实施方式中，第一容置槽3121和第二容置槽3131的宽度为极耳金属带宽度的1.2～2.0倍，第一容置槽3121和第二容置槽3131的深度为极耳金属带厚度的1.2倍以上，如此，能够使第二极耳332或者第三极耳333在第二限位槽的装配更加容易。

请参阅图1，图4及图7一个实施方式中，卷芯组件300还包括弹性件340，顶盖110上开设有第二定位槽112，卷芯压块320上开设有相对应的第三定位槽321，弹性件340的一端抵接于第二定位槽112内，弹性件340的另一端抵接于第三定位槽321内，当顶盖110与底座120固定时，弹性件340被压缩于卷芯压块320和顶盖110之间。

需要说明的是，通过设计弹性件340，以及在顶盖110和卷芯压块320上开设容置弹性件340的第二定位槽112和第三定位槽321，当顶盖110和底座120相互靠近并锁紧时，第二定位槽112和第三定位槽321也相互靠近对弹性件340进行挤压，同时弹性件340受到挤压后产生的弹性力使卷芯压块320向待测卷芯330的方向进行压持，以使待测卷芯330、隔膜230、参比电极220以及第一极耳210连接更加稳定，即弹性件340的存在主要是提高待测卷芯330在卷芯套圈310内的稳定性，同时提高参比电极220与第一极耳210的连接稳定性。

一个实施方式中，卷芯压块320的直径比卷芯套圈310内腔直径小0.05～0.5mm，如此方便卷芯压块320在卷芯套圈310中的装配，同时，更换不同高度的卷芯压块320，可适配不同高度的待测卷芯330，进一步的，卷芯压块320可采用亚克力、聚四氟乙烯等不导电、耐酸碱、耐腐蚀的材料制备得到。

一个实施方式中，弹性件340可为压缩弹簧，第二定位槽112的直径比压缩弹簧直径大0.05～0.5mm，第二定位槽112的深度大于或等于1mm，如此，能够更好对压缩弹簧进行定位以及方便压缩弹簧的安装与拆卸。

请参阅图1及图5，一个实施方式中，第一极耳210、第二极耳332及第三极耳333被第一密封件131和第二密封件132夹持部位分别包覆有密封胶133。

需要说明的是，第一极耳210、第二极耳332以及第三极耳333暴露在壳体组件100之前分别经过第一密封件131和第二密封件132的密封夹持，为了提高第一极耳210、第二极耳332、第三极耳333与密封件130连接部分的密封性，在夹持部位分别包覆了密封胶133，其中，密封胶133可为单层或者多层的CPP薄膜。

一个实施方式中，第一极耳210为金属带，主要用于导电，可采用镍、铜、铜镀镍等不与电池发生反应且导电性良好的材料；第二极耳332和第三极耳333分别连接待测卷芯330的正极和负极，主要用于传输电流，其中第二极耳332采用铝材制备，第三极耳333采用镍、铜、铜镀镍等材料制备；第一极耳210、第二极耳332、第三极耳333可根据需要直接采购市场上的软包电池极耳。

一个实施方式中，参比电极220为金属锂片，可采用常规市售规格，如直径16mm、厚度0.6mm。现有技术中由于要将参比电极插入待测电池的主体结构中，为了使参比电极对电池结构的影响降低，所以一般采用镀锂铜丝作为参比电极，由于铜丝的直径小表面积小，因此铜丝表面的镀锂量实际上很小，在测试过程中，通电之后，锂会有一定的损耗，这个损耗可能导致参比电极的不准确，影响最终的测试结果。而本申请中，参比电极220设置在待测电池的主体之外，无需考虑参比电极体积大小对待测电池结构的影响，因此直接采用金属锂片，在测试过程中锂损耗相对于金属锂片来说占比非常小，因此该损耗对参比电极的影响微乎其微，参比电极在的三电极电池测试装置10稳定性高，确保了三电极电池测试装置10的测试精确度。

请参阅图图1及图4，一个实施方式中，顶盖110上开设有多个第一定位孔113，底座120上开设有多个第二定位孔123，多个第一定位孔113与多个第二定位孔123一一对应；壳体组件100还包括多个紧固件140，每一紧固件140依次穿设一第一定位孔113和一第二定位孔123。

需要说明的是，每一紧固件140包括螺栓141和螺帽142；多个第一定位孔113和多个第二定位孔123呈中心对称分布，如此在用紧固件140锁紧时，能够使顶盖110和底座120保持连接稳定性。一个实施例中，顶盖110和底座120分别开设有6个第一定位孔113和6个第二定位孔123，在其他实施例中，定位孔的数量可根据实际需求设计，但第一定位孔113和第二定位孔123的数量应大于或等于3个，如此才能保障顶盖110与底座120的安装稳定性。

为了方便安装和美观，第一定位孔113和第二定位孔123的尺寸与螺栓141和螺帽142的尺寸相适配，同时第一定位孔113和第二定位孔123需要有足够的深度，以确保螺栓141和螺帽142安装后不会超出底座120和顶盖110表面。

请参阅图2，一个实施方式中，壳体组件100还包括若干个定位柱150，若干个定位柱150分别对应穿设一第二定位孔123，用于协助顶盖110与底座120定位。

需要说明的是，在安装螺栓141和螺帽142之前，先将至少两个定位柱150分别插入底座120的两个第二定位孔123中，协助顶盖110与底座120的定位，然后采用螺栓141和螺帽142将顶盖110和底座120锁紧，如此提高了安装效率以及确保装配准确，根据实际需求可将定位柱150取出替换成螺栓141和螺帽142，以提高顶盖110与底座120的连接稳定性。进一步的，定位柱150与底座120以及顶盖110的装配间隙为0.1～0.3mm，如此定位柱150不易晃动，同时定位柱150的末端设置有倒角或者倒圆角，如此方便定位。

以上实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种三电极电池测试装置，其特征在于，包括：

壳体组件，所述壳体组件包括相对设置的顶盖和底座，所述顶盖安装在所述底座上，所述底座上开设有容置腔；

参比电极组件，所述参比电极组件放置在所述容置腔内；

卷芯组件，所述卷芯组件包括卷芯套圈、卷芯压块及待测卷芯，所述待测卷芯放置在所述参比电极组件上，所述卷芯套圈套设在所述待测卷芯外，所述卷芯压块用于对所述待测卷芯进行压持；

所述壳体组件还包括密封件，所述密封件包括第一密封件及第二密封件，所述底座开设有第一密封凹槽，所述第一密封凹槽环绕设置在所述容置腔外，所述顶盖开设有与所述第一密封凹槽相对应的第二密封凹槽，所述第一密封件放置在所述第一密封凹槽上，所述第二密封件放置在所述第二密封凹槽上，当所述顶盖与所述底座相互靠近时，所述第一密封件与所述第二密封件贴合；

所述参比电极组件包括第一极耳、参比电极及隔膜，所述参比电极放置在所述容置腔内，所述隔膜放置在所述参比电极之上，所述第一极耳的一端与所述参比电极连接，所述第一极耳的另一端延伸至所述壳体组件之外；

所述待测卷芯包括卷芯本体、第二极耳和第三极耳，所述第二极耳和所述第三极耳的一端分别连接所述卷芯本体的正极和负极，所述第二极耳和所述第三极耳的另一端分别延伸至所述壳体组件外；

所述容置腔的底部以及侧壁向内凹陷形成连续的第一引出槽，所述第一引出槽用于容置第一极耳；所述容置腔的侧壁开设有第一定位槽，所述卷芯套圈的外侧壁设置有定位凸起，所述定位凸起嵌置于所述第一定位槽内；

所述卷芯套圈内开设有中心通孔，所述中心通孔的侧壁上开设有多个第一容置槽，所述卷芯套圈的一端上设置有环状凸起，所述环状凸起上开设有多个第二容置槽，并且每一所述第一容置槽对应连通一所述第二容置槽，以使所述第一容置槽和所述第二容置槽形成第二引出槽，所述第二引出槽用于容置所述第二极耳或者所述第三极耳；

所述环状凸起的厚度为所述密封件厚度的1～1.5倍。

2.根据权利要求1所述的三电极电池测试装置，其特征在于，所述卷芯组件还包括弹性件，所述顶盖上开设有第二定位槽，所述卷芯压块上开设有相对应的第三定位槽，所述弹性件的一端抵接于所述第二定位槽内，所述弹性件的另一端抵接于第三定位槽内，当所述顶盖与所述底座固定时，所述弹性件被压缩于所述卷芯压块和所述顶盖之间；

所述顶盖上开设有多个第一定位孔，所述底座上开设有多个第二定位孔，多个所述第一定位孔与多个所述第二定位孔一一对应；所述壳体组件还包括多个紧固件，每一紧固件依次穿设一所述第一定位孔和一所述第二定位孔；

所述壳体组件还包括若干个定位柱，若干个所述定位柱分别对应穿设一所述第二定位孔，用于协助所述顶盖与所述底座定位。