CN202025833U - 一种三电极扣式电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三电极扣式电池，包括上、下壳体、对电极、密封圈、弹片、隔膜、垫片及工作电极，其特征在于：还包括一参比电极，所述参比电极与壳体连接，所述参比电极中心设有金属馈通棒，所述金属馈通棒一端外部绕设有密封绝缘层，所述绝缘层外部设有密闭金属外壳。本实用新型通过在扣式电池的壳体上焊接一密闭参比电极，实现参比电极位置固定，且与研究电极、对电极间的距离相当，使之可用于测试研究电极本身的阻抗，消除了对电极的影响，同时，这种三电极电池密封性好，可用于研究电池长期循环性能及其容量衰退的机制，提高了测试结果的稳定性、准确性及重现性。

Description

一种三电极扣式电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池，具体涉及一种三电极扣式电池。

背景技术

目前，二电极扣式电池是当前电池工业中常见的电池构造之一，广泛应用于小型电子机械和仪表中，不仅如此，二电极扣式电池也是化学电源研究领域中最普遍使用的电池模型，我国每年科学研究用二电极扣式电池的消耗量大约在20万套以上，二电极扣式电池用于化学电源研究的优点是制作方便、材料用量少、造价低和电池的密封性好，便于测试和测试结果的重现性好等。

然而，二电极扣式电池用于化学电源的研究也存在明显的缺陷，不足之处主要表现为以下两个方面：⑴无法测试研究电极自身的阻抗，使用交流阻抗技术测试二电极扣式电池的阻抗时，得到是电池的整体阻抗，即研究电极的阻抗和对电极的阻抗之和，无法从中得到研究电极自身的阻抗数据及其变化情况，为此，使用二电极扣式电池无法以此剖析和研究电极化学过程中的动力学机制；⑵无法判断电池容量衰退的原因。在对长寿命动力与储能电池的开发和研究中，人们经常使用二电极扣式电池评价电池的寿命，虽然可以进行长期电化学循环，但却无法在线了解电池容量衰退的原因。事实上，电池的寿命终止和容量损失往往是由其中某一个电极或者电解液因素引起的，在线检测电池容量衰退的原因，对进一步改善和提高电池的长期循环性能、延长电池的循环和使用寿命至关重要。

基于上述二电极扣式电池存在的不足，科学研究中经常需要使用三电极电池模型，但目前常见的三电极模型普遍存在不同形式的缺陷和不足，特别是用于对锂离子电池的研究方面，缺陷更加突出。市售的三电极电池模型主要包括圆柱形三电极模型和凹槽性三电极模型，这些模型不但笨重、组装和使用困难，并且存在参比电极位置不固定，密封性能差等缺点，难以用之于测试研究电极的阻抗性质，更难以用之于研究电池长期循环性能和容量衰退的机理，因为这种电池结构无法保证测试结果稳定性、准确性和重现性；此外，现有的三电极模型大都存在密封性不好、漏液、漏气等多种问题。因此，使用这些三电极电池模型只能用于对电池最初的几次或几十次的电化学性能测试，根本无法满足对动力或储能电池上千次甚至数千次循环的需要。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种三电极扣式电池，通过对结构的改进，实现参比电极位置完全固定，且与研究电极的距离与对电极相当，从而完全消除阻抗测试中对电极的阻抗，使之可用于测试研究电极本身的阻抗，保证测试结果的稳定性、准确性和重现性，同时保证电池的密封性，使之有效地用于研究电池长期循环性能及其容量衰退的机理。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种三电极扣式电池，包括上、下壳体、对电极、密封圈、弹片、隔膜、垫片及工作电极，还包括一参比电极，所述参比电极与壳体连接，所述参比电极中心设有金属馈通棒，所述金属馈通棒一端外部绕设有密封绝缘层，所述绝缘层外部设有密闭金属外壳。

上述技术方案中，所述参比电极是三电极扣式电池中最关键的部件，中心为金属馈通棒，与其紧密接触的部分为密封绝缘层，最外面是密闭金属外壳，用于将参比电极焊接在扣式电池的壳体上。参比电极在制作中有以下要求：①体积大小适中，金属馈通棒内径在1~5mm，金属外壳外径在5~8mm之间，适合安装在二电极扣式电池的相应部位；②密封性好，不漏液，不漏气；③置于扣式电池壳体后，参比电极一端与电池壳体在同一平面上；④金属馈通棒距离电极平面凹陷0.2~1mm，凹槽用于承装参比电极的活性物质，比如金属锂片或其它用作参比电极的材料。

进一步的技术方案，所述参比电极经密闭金属外壳与所述三电极扣式电池的上壳体或下壳体无缝焊接。参比电极可以置于扣式电池上、下壳体的任意部位，包括边缘或中心位置，主要步骤是打孔和焊接。打孔：若置于边缘位置，则需要在边缘某个位置打孔，孔径大小与参比电极金属外壳的直径相匹配，一般在5~8mm之间；若置于中心位置，则需要在壳体的中心位置打孔，孔径大小与参比电极金属外壳的直径相匹配，一般在5~8mm之间。焊接：把制作好的参比电极焊接在扣式电池壳体的打孔处，焊接为无缝焊接，且在氩气保护下进行，避免电池壳体在高温焊接过程中被氧化，焊接材料选用耐高电压和耐腐蚀的金属材料，保证电池工作和贮存过程中的稳定性。焊接后，电池壳体与金属馈通棒绝缘，这就把原有的二电极扣式电池的一端壳体制作成了两个电极，即研究电极和参比电极（或者对电极与参比电极）。电池组装时，连有参比电极的壳体承装研究电极，金属馈通棒凹槽部分承装参比电极材料，参比电极材料被一层电池隔膜覆盖。

进一步的技术方案，所述密封绝缘层由陶瓷或塑料构成。

进一步的技术方案，所述金属馈通棒内径为1~5mm，所述密闭金属外壳外径为5~8mm。

本实用新型的工作原理：（1）通过完全固定参比电极的位置，保证阻抗测试结果的稳定性和重现性；（2）通过保证参比电极与研究电极和对电极与研究电极间的距离相当，以消除阻抗测试过程中对电极的阻抗，不增加额外阻抗，保证阻抗测试结果的可靠性；（3）通过保证电池的密封性，使之有效地用于研究电池长期循环性能及其容量衰退的机理。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1．本实用新型通过在扣式电池的一端壳体上焊接参比电极，参比电极由金属馈通棒、绝缘层及金属外壳构成，使之不仅可以用于测试研究电极本身的阻抗和研究电池长期循环过程的容量衰退机理，而且提高了电池测试结果的稳定性、准确性及重现性，对化学电源的基础研究具有重要的意义；

2．本实用新型参比电极通过金属外壳与扣式电池壳体焊接，密封性好，与现有的三电极电池相比，大大延长了电池的循环和使用寿命；

3．本实用新型结构简单，造价低廉，易于实现，适合推广使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中参比电极结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中参比电极与壳体焊接后示意图；

图3为本实用新型实施例一中三电极扣式电池分解示意图。

其中：1、上壳体；2、下壳体；3、对电极；4、密封圈；5、弹片；6、垫片；7、隔膜；8、工作电极；9、参比电极；10、金属馈通棒；11、密封绝缘层；12、密闭金属外壳。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见图1至3所示，一种三电极扣式电池，包括上、下壳体1、2、对电极3、密封圈4、弹片5、隔膜6、垫片7及工作电极8，还包括一参比电极9，所述参比电极9与壳体连接，所述参比电极9中心设有金属馈通棒10，所述金属馈通棒一端外部绕设有密封绝缘层11，所述密封绝缘11层外部设有密闭金属外壳12。

本实用新型在使用时，如果参比电极放置于下壳体的中心部位，组装电池时需要在研究电极片的中心开一个小孔，孔的直径与参比电极的外经相当，参比电极正上方放置一个面积略大于参比电极外径的隔膜（该隔膜是为了保证参比电极不与研究电极发生直接接触，实际操作中也可以不用），参比电极通过隔膜与工作电极接触，同时也通过隔膜与电池的对电极接触，三个电极位置固定且通过隔膜紧密接触。

电池的组装顺序是参比电极的金属馈通棒凹槽处放置参比电极材料，如锂片，参比电极正上方放置一个面积略大于参比电极的隔膜，滴加1~2滴电解液，固定隔膜的位置，工作电极的中心开一个直径与参比电极的外经相当的孔，开孔后的工作电极放置于电池壳体的中央位置，同时也在参比电极的隔膜正上方，加入扣式电池的隔膜，滴加3~5滴电解液，润湿隔膜和研究电极，放入对电极于工作电极的正上方，加入垫片、弹簧片，且均在电池壳体的正中央，最后把密封圈套在电池上壳体上，放入电池的下壳体中，利用封口机封口，封口后就制成一个完整的三电极扣式电池，可对研究电极进行阻抗测试或者对整体电池进行循环性能测试，并且在不同循环次数条件下检测正极和负极各自的容量性质，在线分析电池容量衰退的机理。

Claims (3)

1.一种三电极扣式电池，包括上、下壳体(1、2)、对电极(3)、密封圈(4)、弹片(5)、隔膜(6)、垫片(7)及工作电极(8)，其特征在于：还包括一参比电极(9)，所述参比电极(9)与壳体连接，所述参比电极中心设有金属馈通棒(10)，所述金属馈通棒(10)一端外部绕设有密封绝缘层(11)，所述绝缘层(11)外部设有密闭金属外壳(12)。

2.根据权利要求1所述的一种三电极扣式电池，其特征在于：所述参比电极(9)经密闭金属外壳(12)与所述三电极扣式电池的上壳体(1)或下壳体(2)焊接。

3.根据权利要求1所述的一种三电极扣式电池，其特征在于：所述金属馈通棒(10)内径为1~5mm，所述密闭金属外壳外径为5~8mm。

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