CN117686563A - 钠离子电池三电极性能测试装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池测试领域，具体涉及一种钠离子电池三电极性能测试装置及其使用方法，包括电解池槽体、与所述的电解池槽体匹配的电解池上盖、设置在所述的电解池槽体内的电解液以及三个电极；每个所述的电极包括极柱、包裹在所述的极柱外侧的绝缘材料层以及底部与所述的极柱连接的夹具；三个所述的夹具分别与正极片、参比金属丝以及负极片连接形成正极电极、参比电极以及负极电极；所述的电解液浸没正极片、参比金属丝以及负极片。本发明的钠离子电池三电极性能测试装置可实现实际电池中的参比电极电镀处理过程，并使其可视化，可以实时观测电镀效果，从而优化电镀参数，以解决现有电池内判断电镀效果必须拆解电池的问题。
Description
技术领域
本发明属于电池测试领域，具体涉及一种钠离子电池三电极性能测试装置及其使用方法。
背景技术
钠离子电池，是一种利用钠离子在正负极之间的运动进行充电和放电的电化学储能设备。其相对于锂离子电池，钠电的优点包括成本低、丰富性和廉价性，以及具有更高的能量密度。这使得其在新能源领域具有广泛的应用前景。
目前，在对钠离子电池的研究工作中，常使用三电极电池体系来测试评价电池基础性能。对于钠离子电池来说，参比电极最理想的选择就是钠片，然而纯钠片较为活泼，即使在干燥间内也无法将钠片制作成参比电极并放入电池中。进而钠离子三电极电池的参比电极常使用金属丝代替，通过电镀的方式使得金属丝上均匀附着钠金属，从而作为钠离子电池的参比电极。
然而这种三电极电池必须先将电池化成后通过电镀的方式才能激活参比电极，无法获得电池化成阶段的三电极数据，此外在电池内部进行电镀测试，需拆解电池才能清楚电镀效果，若要研究不同材料的金属丝电镀效果，必然会浪费时间和资源。故还需寻求更好的方法来制作钠离子三电极电池，以致于可以快速且完整的获取到钠离子电池的三电极性能。
CN115241553A公开了一种钠离子电池三电极结构及其制造方法，包括正极片、负极片和参比电极，通过在正、负极片相对面上开设凹槽，形成用于安装参比电极的参比电极腔，通过引入泡沫金属骨架，增加钠金属的含量，增加其使用过程中能够消耗的时长，延长使用寿命。但是该专利提供的方法需对正负极片进行刮粉，容易对极片造成破坏，操作难度较高，此外对于引入的泡沫金属骨架必然会影响到电池内阻，并且增加三电极制作成本。因此，需要在保证参比电极精度的同时，简化钠离子电池参比电极的制作方法，在参比电极的使用寿命内发挥其优势，提高参比电极的重复使用率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种钠离子电池三电极性能测试装置及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钠离子电池三电极性能测试装置，包括电解池槽体、与所述的电解池槽体匹配的电解池上盖、设置在所述的电解池槽体内的电解液以及三个电极；每个所述的电极包括极柱、包裹在所述的极柱外侧的绝缘材料层以及底部与所述的极柱连接的夹具；三个所述的夹具分别与正极片、参比金属丝以及负极片连接形成正极电极、参比电极以及负极电极；所述的电解液浸没正极片、参比金属丝以及负极片。
所述的夹具包括两片夹片以及连接所述的夹片的螺旋件；其中一片夹片与所述的极柱固定连接。
所述的电解池上盖上设置有三个安装孔用以分别置入所述的正极电极、参比电极以及负极电极；所述的安装孔与所述的正极电极、参比电极以及负极电极之间设置有密封胶。
所述的正极片与所述的负极片相对设置；所述的参比金属丝设置在所述的正极片以及所述的负极片之间。
所述的正极片以及负极片独立地为8-12mm的正方形状。
所述的正极片以及负极片独立地与聚四氟乙烯薄片连接。
所述的参比金属丝的长度为8-12mm，直径为20-200μm。
所述的参比金属丝经过预处理，具体为：使用浓硫酸溶液浸泡参比金属丝下端2-4mm处0.5-3小时，浸泡后使用酒精擦拭附着浓硫酸溶液，以均匀的除去参比金属丝表面的绝缘漆；上端使用刀片刮掉绝缘漆，保证参比金属丝能够与极柱连接导电。
本发明还包括一种所述的钠离子电池三电极性能测试装置的使用方法，测试参比金属丝的镀钠效果；具体包括下述步骤：通过在正极电极和参比电极间或者负极电极和参比电极柱间施加一定电流，进行电镀操作，电镀期间实时观测参比金属丝镀钠效果，从而优化电镀参数。
本发明还包括一种所述的钠离子电池三电极性能测试装置的使用方法，用以测试钠离子电池初始状态下的三电极性能；具体包括下述步骤：1)将参比金属丝上电镀钠层用做参比电极使用，以电解池中正极电极为正极，负极电极为负极，构成一个钠电三电极电池；2)使用充放电设备对钠电三电极电池做化成测试，同时使用设备辅助通道或数据采集器监测正极电极-参比电极、负极电极-参比电极柱的电压，从而得到电池初始化成时的三电极性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请的技术方案开发了一种基于钠离子电池三电极性能测试装置研究钠离子电池三电极性能的方法。该方法可实现实际电池中的参比电极电镀处理过程，并使其可视化，可以实时观测电镀效果，从而优化电镀参数，以解决现有电池内判断电镀效果必须拆解电池的问题。
此外该方法可通过将电镀后产生均匀附着钠层的参比金属丝直接用做参比电极使用，以电解池中正极电极为正极，负极电极为负极，构成一个钠电三电极电池，对其进行充放电测试，从而得到钠离子电池初始化成时三电极性能。
附图说明
图1为本发明实施例的钠离子电池三电极性能测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2的三电极曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1示出一种钠离子电池三电极性能测试装置，包括电解池槽体1、与所述的电解池槽体匹配的电解池上盖2、设置在所述的电解池槽体内的电解液以及三个电极；所述的电解池槽体为透明材质，具体可以为有机玻璃，方便观测。
每个所述的电极包括极柱12、包裹在所述的极柱外侧的绝缘材料层10以及底部与所述的极柱连接的夹具11；
三个所述的夹具11分别与正极片8、参比金属丝9以及负极片7连接形成正极电极4、参比电极5以及负极电极3；所述的电解液浸没正极片8、参比金属丝9以及负极片7。
所述的夹具11包括两片夹片以及连接所述的夹片的螺旋件13；其中一片夹片与所述的极柱固定连接，使用螺旋件紧固两片夹片可以对两片夹片间的正极片8、参比金属丝9以及负极片7进行夹持；所述的螺旋件包括穿过两个夹片的螺栓以及旋紧所述的螺栓的螺母。
所述的电解池上盖2上设置有三个安装孔6用以置入所述的正极电极4、参比电极5以及负极电极3；所述的安装孔与所述的极柱之间设置有密封胶。
所述的正极片8与所述的负极片7相对设置；所述的参比金属丝9设置在所述的正极片8以及所述的负极片7之间。
所述的正极片8以及负极片7独立地为8-12mm的正方形状，具体的可以根据需要为8mm、10mm或者12mm。
所述的正极片8以及负极片7独立地与聚四氟乙烯薄片连接，使用聚酰亚胺胶带分别将正极片、负极片粘贴在聚四氟乙烯薄片上，防止在电解液中浸泡时造成曲折。
所述的参比金属丝9的长度为8-12mm，直径为20-200μm，长度可根据电解池槽体的大小调节，具体的可以为8mm、10mm或者12mm，直径也可以调整为20μm、50μm、100μm、200μm，不做具体限定；所述的参比金属丝材质为铝、铜、镍等，本申请中以铜作为示意例进行说明。
所述的参比金属丝经过预处理，具体为：使用浓硫酸溶液浸泡参比金属丝下端2-4mm处(具体可以为2mm、3mm、4mm)0.5-3h(具体可以为0.5h、2h、3h)，浸泡后使用酒精擦拭附着浓硫酸溶液，以均匀的除去参比金属丝表面的绝缘漆；上端使用刀片刮掉绝缘漆，保证参比金属丝能够与极柱连接导电。
钠离子电池三电极性能测试装置的安装方法为：向电解池槽体中倒入7-10mm高度的电解液，将准备好的正极片8、负极片7以及参比金属丝9使用夹具连接到极柱12上，并插入至电解池中，使得正极片8、负极片4和参比金属丝9被电解液浸泡3-5mm，正极片8、负极片7以及参比金属丝9下端不接触电解池槽体1底部，电解液浸泡高度可根据电解池槽体尺寸调节，但不能浸泡到极柱12；放置后使用热熔胶(密封胶)将安装孔6上下位置处均做好密封处理，即可进行测试。
实施例1
基于上述钠离子电池三电极性能测试装置，可以测试参比金属丝的镀钠效果；通过在正极电极和参比电极间或者负极电极和参比电极柱间施加一定电流，进行电镀操作，电镀期间实时观测参比金属丝镀钠效果，从而优化电镀参数。
具体包括下述步骤：
以电解池槽体1中正极电极4为正极，参比电极5为负极，参比金属丝为铜丝，给予1.2mA/cm3的电流密度，电镀截止时间10h，其中每隔两小时观测并记录下铜丝表面情况。从而确定铜丝镀钠的最佳电镀时间，完成参比电极的制作。表1中示出不同电镀时间对应的电镀效果。
表1
根据观测结果可确定铜丝镀钠的最佳电镀时间为8h，此时铜丝表面镀钠层最为均匀，且电压稳定，可以作为钠离子电池的参比电极使用。本实施例中亦可变化电流密度，通过观测铜丝表面金属钠附着的均匀程度，判断铜丝镀钠的最佳电流密度。此外可变化金属丝材质，研究不同材料金属丝的电镀效果，相互进行比较表面状态，得到最适宜钠离子电池的参比电极。
实施例2
基于上述钠离子电池三电极性能测试装置，用以测试钠离子电池初始状态下的三电极性能；
具体包括下述步骤：1)将参比金属丝上电镀钠层用做参比电极使用(可以选择实施例中得到的电镀效果良好的参比金属丝直接作为参比电极使用)，以电解池中正极电极为正极，负极电极为负极，构成一个钠电三电极电池；
2)使用充放电设备对钠离子电池三电极电池做化成测试，同时使用设备辅助通道或数据采集器监测正极电极-参比电极、负极电极-参比电极的电压，从而得到电池初始化成时的三电极性能；
测试结果如图2示出，图2为钠离子电池充放电曲线图，表明此方法能够获得规律的三电极曲线，可检测化成阶段正极-参比、负极-参比电位数据，可用于电解液开发、化成制式优化。
综上可以看出，本申请的技术方案开发了一种基于钠离子电池三电极性能测试装置研究钠离子电池三电极性能的方法。该方法可实现实际电池中的参比电极电镀处理过程，并使其可视化，可以实时观测电镀效果，从而优化电镀参数，以解决现有电池内判断电镀效果必须拆解电池的问题。
此外该方法可通过将电镀后产生均匀附着钠层的参比金属丝直接用做参比电极使用，以电解池中正极电极为正极，负极电极为负极，构成一个钠电三电极电池，对其进行充放电测试，从而得到钠离子电池初始化成时三电极性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，包括电解池槽体、与所述的电解池槽体匹配的电解池上盖、设置在所述的电解池槽体内的电解液以及三个电极；每个所述的电极包括极柱、包裹在所述的极柱外侧的绝缘材料层以及底部与所述的极柱连接的夹具；三个所述的夹具分别与正极片、参比金属丝以及负极片连接形成正极电极、参比电极以及负极电极；所述的电解液浸没正极片、参比金属丝以及负极片。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的夹具包括两片夹片以及连接所述的夹片的螺旋件；其中一片夹片与所述的极柱固定连接。
3.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的电解池上盖上设置有三个安装孔用以分别置入所述的正极电极、参比电极以及负极电极；所述的安装孔与所述的正极电极、参比电极以及负极电极之间设置有密封胶。
4.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的正极片与所述的负极片相对设置；所述的参比金属丝设置在所述的正极片以及所述的负极片之间。
5.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的正极片以及负极片独立地为8-12mm的正方形状。
6.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的正极片以及负极片独立地与聚四氟乙烯薄片连接。
7.根据权利要求1所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的参比金属丝的长度为8-12mm，直径为20-200μm。
8.根据权利要求7所述的钠离子电池三电极性能测试装置，其特征在于，所述的参比金属丝经过预处理，具体为：使用浓硫酸溶液浸泡参比金属丝下端2-4mm处0.5-3小时，浸泡后使用酒精擦拭附着浓硫酸溶液，以均匀的除去参比金属丝表面的绝缘漆；上端使用刀片刮掉绝缘漆，保证参比金属丝能够与极柱连接导电。
9.一种权利要求1-8任一项所述的钠离子电池三电极性能测试装置的使用方法，其特征在于，测试参比金属丝的镀钠效果；具体包括下述步骤：通过在正极电极和参比电极间或者负极电极和参比电极柱间施加一定电流，进行电镀操作，电镀期间实时观测参比金属丝镀钠效果，从而优化电镀参数。
10.一种权利要求1-8任一项所述的钠离子电池三电极性能测试装置的使用方法，其特征在于，用以测试钠离子电池初始状态下的三电极性能；具体包括下述步骤：1)将参比金属丝上电镀钠层用做参比电极使用，以电解池中正极电极为正极，负极电极为负极，构成一个钠电三电极电池；2)使用充放电设备对钠电三电极电池做化成测试，同时使用设备辅助通道或数据采集器监测正极电极-参比电极、负极电极-参比电极柱的电压，从而得到电池初始化成时的三电极性能。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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