CN206340632U - 一种用于全固态电池的电化学表征装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于全固态电池的电化学表征装置。所述电化学表征装置包括以绝缘连接机构固定的导电底座与导电壳体，所述导电底座与导电壳体之间设置有绝缘的弹性密封结构，以构成密封的表征区；所述表征区的底部设置有表征模具，所述表征模具的中部设置有样品槽，所述样品槽的周向为绝缘材料，所述样品槽的底部为导电材料且与所述导电底座相连；所述导电壳体顶部的下表面连接有导电加压螺杆，所述导电加压螺杆的下端与所述样品槽相配合；所述导电底座以及导电壳体上分别设置有导电极耳。本实用新型通过将导电底座以及导电壳体密封为表征区，并在其中放置全固态电池样品进行测试，使得全固态电池样品的电化学表征能在手套箱外进行，从而简化了测试步骤。

Description

一种用于全固态电池的电化学表征装置

技术领域

本实用新型属于全固态锂离子电池领域，更具体地，涉及一种用于全固态电池的电化学表征装置。

背景技术

近年随着电脑、照相机和手机等信息装置和通讯装置的快速普及，对于作为这些装置电源的电池的开发越来越受到业界重视。此外，在汽车产业领域，纯电动汽车或者混合电动汽车所需要的高功率密度和高容量的电池也正在大力开发。目前的多种电池体系中，锂离子电池由于其高能量密度而备受各界关注。

目前市场上的锂离子电池由于使用可燃性的有机溶液作为电解液，导致需要安装应对短路引起温度升高的装置，以及改善构造和材料以防止短路。利用固体电解质代替有机电解液，使电池变为全固态电池，电池内不再使用可燃性的有机溶液，可以简化安全装置，便于生产，并且降低电池的生产制造成本。

现在在对固体电解质以及全固态电池做相应电化学表征(充放电实验、交流阻抗、循环伏安和直流极化等)时，采用集流体、电极、电解质构成的层状结构。电解质层和电极层通常采用粉末成型法构造。在该类全固态电池中，为了各层之间良好的接触，需要施加一定的压力。另外，因为正负极材料或/和固体电解质材料(例如，硫化物固体电解质，金属Li片负极)对气氛的苛刻要求，所以需要一个惰性气体保护的密闭环境。考虑到这些要求，例如，在做基于硫化物固体电解质的全固态电池的电化学表征时，通常的方法为：在粉末压片冲模内使粉体成型制成层状的全固态电池，将包含样品的粉末压片冲模置于压片机下并施加一定的压力，引入电学信号到氩气保护的手套箱内，然后再连接到粉末压片冲模的上冲模头和下冲模头上进行电化学表征。

目前这种测量方式的缺点在于：(1)引入电学信号到手套箱内需要对手套箱内的电线路做预设或改造，带来诸多不便。(2)电池易受外界影响，造成短路、断路等。(3)对空间和时间的浪费，手套箱内能放置的压片机数量有限，压片机下设置好电池后，为了制造一个稳定的测试环境，避免在手套箱内进行其他实验操作。由于对装置的占用，在做多个样品和/或多个条件分析时，只能依次进行，大大降低了测试效率。例如，在多个样品的不同充放电制度下的实验时，不能较好的利用电池充放电仪器的多通道功能，耗费过多的时间。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于全固态电池样品的电化学表征装置；其目的在于将全固态电池样品密封于装置内部，以便在手套箱外连接电化学测试仪器进行电化表征。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于全固态电池样品的电化学表征装置，包括以绝缘连接机构固定的导电底座与导电壳体，所述导电底座与导电壳体之间设置有绝缘的弹性密封结构，以构成密封的表征区；

所述表征区的底部设置有表征模具，所述表征模具的中部设置有样品槽，所述样品槽的周向为绝缘材料，所述样品槽的底部为导电材料且与所述导电底座相连；

所述导电壳体顶部的下表面连接有导电加压螺杆，所述导电加压螺杆的下端与所述样品槽相配合，共同用于固定全固态电池样品；

所述导电底座以及导电壳体上分别设置有导电极耳，用于连接电化学表征设备。

优选地，所述绝缘的弹性密封结构为橡胶圈。

优选地，所述导电底座与导电壳体的固定部位相对设置有通孔，所述绝缘连接机构包括绝缘套、绝缘垫片、螺栓以及蝶形螺母；所述螺栓从底部穿越所述相对设置的通孔，并在导电壳体的上端通过蝶形螺母固定，以连接所述导电底座与导电壳体，所述绝缘套设置于所述导电壳体与所述螺栓之间，用于保证导电壳体与螺栓之间绝缘，所述绝缘垫片设置于所述导电壳体与所述蝶形螺母、以及所述导电底座与所述螺栓之间，不仅用于保证绝缘，还起到了缓冲功能。

优选地，所述样品槽的内径为8mm～15mm。

优选地，所述导电加压螺杆包括上部固定端以及下部加压端；所述上部固定端与导电壳体顶部的下表面连接，所述下部加压端的下端作为所述导电加压螺杆的下端；所述上部固定端的下端固定有滚珠，所述滚珠与下部加压端的顶部紧密接触，以保证在所述下部加压端晃动时，上部固定端仍能向所述下部加压端施加压力。

优选地，所述导电壳体包括壳帽以及壳身，所述壳帽作为所述导电壳体顶部，所述壳帽的底部设置有突起状螺纹，所述壳身的顶端设置有螺孔；所述突起状螺纹与所述螺孔相配合，用于连接所述壳帽以及壳身。

作为进一步优选地，所述壳帽与壳身之间设置有弹性密封结构。

作为更进一步优选地，所述弹性密封结构为橡胶圈。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过绝缘的弹性密封结构，将导电底座以及导电壳体密封为表征区，并在密封的表征区中放置全固态电池样品进行测试，使得全固态电池样品的电化学表征能在手套箱外进行，从而简化了测试步骤，提高了测试效率；

2、导电底座以及导电壳体上分别置设有导电极耳，且导电底座与导电壳体通过绝缘连接机构固定，从而有效的防止了电化学表征中的短路现象；

3、导电加压螺杆包括上部固定端以及下部加压端，且上部固定端的下端固定有滚珠，滚珠能自动调整方向，以保证在所述下部加压端晃动时，上部固定端仍能向所述下部加压端施加压力，从而使样品槽内部的全固态电池样品受压均匀。

附图说明

图1为本实用新型实施例1电化学表征装置正视图；

图2为本实用新型实施例1电化学表征装置俯视图；

图3为本实用新型实施例1半球滚珠工作示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-导电底座、21-壳身、22-壳帽、30-表征模具、31-样品槽的周向、32-样品槽的底部、40-导电加压螺杆、41-上部固定端、42-半球滚珠、43-下部加压端、50-绝缘连接机构、51-螺栓、52-蝶形螺母、53-绝缘垫片、54-绝缘套、6-橡胶圈、7-极耳、8-全固态电池样品。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供了一种用于全固态电池样品的电化学表征装置，包括导电底座1以及导电壳体2；所述导电底座1以及导电壳体2之间设置有绝缘的弹性密封结构6(如橡胶圈)，且导电底座1以及导电壳体2通过绝缘连接机构固定，共同构成密封的表征区；

所述表征区的底部设置有表征模具30，所述表征模具30的中部设置有样品槽，所述样品槽的周向31为PET等硬质绝缘材料，底部32为不锈钢等硬质金属导电材料且与所述导电底座1相连，样品槽的直径为8mm～15mm，与所述全固态电池所需的直径匹配；

所述导电壳体2顶部的下表面连接有导电加压螺杆40，所述导电加压螺杆40的下端的直径略小于样品槽的内径(约为样品槽的直径－(0.1mm～0.3mm))，以与所述样品槽相配合，共同用于固定全固态电池样品8；

所述导电底座1以及导电壳体2上分别设置有导电极耳7，用于连接电化学表征设备，以对全固态电池样品8进行分析。

可直接以PET等硬质绝缘材料的螺栓51、螺钉作为绝缘连接机构50，也可利用硬质绝缘材料制成的夹子作为绝缘连接机构50，对导电底座1以及导电壳体2进行固定；当采用金属的螺栓51以及蝶形螺母52对导电底座1以及导电壳体2进行固定时，则需要相应的绝缘装置与螺栓51以及蝶形螺母52相配合，以保证导电壳体2与导电底座1之间绝缘；例如，可在导电底座1与导电壳体2的固定部位相对设置通孔，将螺栓51从底部穿越所述相对设置的通孔，连接所述导电底座1与导电壳体2，并在上端通过蝶形螺母52固定，在所述导电壳体2与所述螺栓51之间设置绝缘套54，用于保证导电壳体2与螺栓51之间绝缘，在导电壳体2与所述蝶形螺母52、以及所述导电底座1与所述螺栓51之间设置绝缘垫片53，不仅用于保证绝缘，还起到了缓冲功能，防止导电壳体2和导电底座1长期受压而磨损，影响其固定性能。

所述导电壳体2包括壳帽22以及壳身21，所述壳帽22作为所述导电壳体2顶部，所述壳帽22的底部设置有突起状螺纹，所述壳身21的顶端设置有螺孔；所述突起状螺纹与所述螺孔相配合，用于连接所述壳帽22以及壳身21；所述壳帽22以及壳身21之间设置有弹性密封结构(如橡胶圈)，以保证表征区内整体密封，以保护全固态电池样品8；

所述导电加压螺杆40可以包括上部固定端41以及下部加压端43；所述上部固定端41与导电壳体2顶部的下表面连接，所述下部加压端43的下端作为所述导电加压螺杆40的下端；所述上部固定端41的下端可固定有滚珠42，所述滚珠42与下部加压端43的顶部紧密接触，以保证在所述下部加压端43晃动时，上部固定端41仍能向所述下部加压端43施加压力。

实施例1

图1为本实施例1电化学表征装置正视图，图2为本实施例1电化学表征装置俯视图。如图1所示，本实施例的电化学表征装置包括导电底座1、导电壳体2、表征模具30以及导电加压螺杆40；

所述导电壳体2由导电的壳身21以及导电的壳帽22组成；所述壳帽22设置于壳身21顶部，所述壳帽22的底部设置有突起状螺纹，所述壳身的顶端设置有螺孔；所述突起状螺纹与所述螺纹相配合，用于连接所述壳帽以22及壳身21，所述壳帽22与壳身21之间的连接处设置有两圈橡胶圈6，所述橡胶圈6镶嵌于壳身21顶部的环形凹槽内，用于保证壳帽22与壳身21的连接处无空隙；

所述壳身21的底部与所述导电底座1通过绝缘连接机构50固定，且壳身21与导电底座1的连接处同样设置有两圈橡胶圈6，所述橡胶圈6镶嵌于导电底座1上部的环形凹槽内，用于保证导电底座1与壳身21的连接处无空隙，同时在导电底座1与壳身21之间起到了绝缘作用；

所述导电底座1与壳身21的固定部位相对设置有通孔，所述绝缘连接机构50包括绝缘套54、绝缘垫片53、螺栓51以及蝶形螺母52，所述螺栓51从底部穿越所述相对设置的通孔，连接所述导电底座1与壳身21，并在上端通过蝶形螺母52固定，所述绝缘套54设置于所述壳身21与所述螺栓51之间，用于保证壳身21与螺栓51之间绝缘，所述绝缘垫片53设置于所述壳身21与所述蝶形螺母52、以及所述导电底座1与所述螺栓51之间，不仅用于保证绝缘，还起到了缓冲功能，避免壳身21以及导电底座1受压而磨损；

所述导电底座1的顶部中央设置有凹槽，所述凹槽内固定有表征模具30，所述表征模具的中部设置有样品槽，所述样品槽的周向31为PET材料，底部32为不锈钢且与所述导电底座1相连，样品槽的内径为10.2mm；

所述壳身21的上端的中心固定有不锈钢材质的导电加压螺杆40，所述导电加压螺杆40包括上部固定端41以及下部加压端43；所述上部固定端41与壳帽22的下表面连接，所述下部加压端43的下端作为所述导电加压螺杆40的下端，其直径为10mm，以与样品槽相配合，以固定全固态电池样品8；所述上部固定端41的下端固定有半球滚珠42，所述半球滚珠42能自动调整方向使其球面与下部加压端的上表面紧密接触，以保证在所述下部加压端43晃动时，上部固定端41仍能向所述下部加压端43施加压力，而使样品槽内部的全固态电池样品8受压均匀，如图3所示；

所述导电底座1以及壳身21上分别置设有导电极耳7，用于连接电化学表征设备，以对全固态电池样品8进行电信号分析。

该电化学表征装置的使用包括以下步骤：

S1.在惰性气氛的手套箱内，在表征模具30的样品槽中依次采用粉末成型法构造正极层、固态电解质层、负极层，压入相应的正负极集流体构成全固态电池8；

S2将表征模具30置于导电底座1的凹槽上，并在全固态电池样本8上方放置下部加压端43；在导电底座1的环形凹槽内放置好橡胶圈6，扣上壳身，使上部固定端41伸入导电壳体2与导电底座1构成的表征区，在上部固定端41施加的压力的作用下，半球滚珠42的剖面自动调整，使得半球滚珠42的球面与下部加压端43上端的平面紧密接触；然后利用绝缘连接机构50固定壳身21与导电底座1；

S3.在壳身21顶部的环形凹槽内放置好橡胶圈6，将壳帽22通过壳身21上方的螺孔旋入，以将表征区密封；

S4.将电化学表征装置及其内部的全固态电池8整体拿出手套箱，在极耳7上接上相应的电化学表征设备，进行实验。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于全固态电池的电化学表征装置，其特征在于，包括以绝缘连接机构(50)固定的导电底座(1)与导电壳体，所述导电底座(1)与导电壳体之间设置有绝缘的弹性密封结构(6)，以构成密封的表征区；

所述表征区的底部设置有表征模具(30)，所述表征模具(30)的中部设置有样品槽，所述样品槽的周向(31)为绝缘材料，所述样品槽的底部(32)为导电材料且与所述导电底座(1)相连；

所述导电壳体顶部的下表面连接有导电加压螺杆(40)，所述导电加压螺杆(40)的下端与所述样品槽相配合；

所述导电底座(1)以及导电壳体上分别设置有导电极耳(7)。

2.如权利要求1所述的电化学表征装置，其特征在于，所述绝缘的弹性密封结构(6)为橡胶圈。

3.如权利要求1所述的电化学表征装置，其特征在于，所述导电底座(1)与导电壳体的固定部位相对设置有通孔，所述绝缘连接机构(50)包括绝缘套(54)、绝缘垫片(53)、螺栓(51)以及蝶形螺母(52)；所述螺栓(51)从底部穿越所述相对设置的通孔，并在导电壳体的上端通过蝶形螺母(52)固定，以连接所述导电底座(1)与导电壳体，所述绝缘套(54)设置于所述导电壳体与所述螺栓(51)之间，所述绝缘垫片(53)设置于所述导电壳体与所述蝶形螺母(52)、以及所述导电底座(1)与所述螺栓(51)之间。

4.如权利要求1所述的电化学表征装置，其特征在于，所述样品槽的内径为8mm～15mm。

5.如权利要求1所述的电化学表征装置，其特征在于，所述导电加压螺杆(40)包括上部固定端(41)以及下部加压端(43)；所述上部固定端(41)与导电壳体顶部的下表面连接，所述下部加压端(43)的下端作为所述导电加压螺杆(40)的下端；所述上部固定端(41)的下端固定有滚珠(42)，所述滚珠(42)与下部加压端(43)的顶部紧密接触。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的电化学表征装置，其特征在于，所述导电壳体包括壳帽(22)以及壳身(21)，所述壳帽(22)作为所述导电壳体顶部，所述壳帽(22)的底部设置有突起状螺纹，所述壳身(21)的顶端设置有螺孔；所述突起状螺纹与所述螺孔相配合。

7.如权利要求6所述的电化学表征装置，其特征在于，所述壳帽(22)与壳身(21)之间设置有弹性密封结构。

8.如权利要求7所述的电化学表征装置，其特征在于，所述弹性密封结构为橡胶圈。