CN208111618U - 一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，包括铝壳体，以可拆卸方式固定于铝壳体内部左右两侧的铝箔和铜箔；铝箔和铜箔的表面分别以可拆卸方式连接有正极极片和负极极片，铝箔和铜箔的中间均设有内螺纹孔，铝壳体的左右两侧面分别对应铝箔和铜箔上的内螺纹孔设有带橡胶塞的通孔；铝箔的极耳与铝箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体左侧面的通孔外；铜箔的极耳与铜箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体右侧面的通孔外；本装置可模拟电池在循环过程中的电解液变化行为，从而进一步了解电池工作机理，通过调整测试装置的位置，即可将激光投射到正负极片上，亦可对循环过程中正负极材料的拉曼峰变化进行深入研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池检测技术领域，特别是一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置。
背景技术
在电池循环过程中，电解液中主要成份及溶剂化锂离子的变化反映了电池的内部真实情况，是诸多因素的综合反映，研究电池内部电解液的变化规律，可以进一步了解电池循环过程中的动态变化。
目前，原位电池主要是以直径为2mm的锂片作为对电极，滴有正极活性物质的铝网或负极活性物质的铜网作为研究电极，此装置的缺点包括：锂片太小以致很容易析锂；滴涂活性物质于金属网上的操作较为苛刻，易漏到背面或烘干时出现裂纹且滴涂均匀性较差；隔膜容易被金属网刺破导致短路；密封性较差，短时间内电解液就易部分挥发；极化较大，充放电效率低；且激光从背面穿过，不能很好的表征极片间电解液的真实情况。
其他文献中还有利用直径为23μm的光纤作为探针插入极片内部测试电解液充放电过程中的变化情况，但较为昂贵，不能形成普遍的适用性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，模拟实际电池在循环过程中的电解液变化行为，从而进一步了解电池工作机理，通过调整测试装置的位置，即可将激光投射到正负极片上，亦可对循环过程中正负极材料的拉曼峰变化进行深入研究。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，包括铝壳体，以可拆卸方式固定于铝壳体内部左右两侧的铝箔和铜箔；所述铝箔和铜箔的表面分别以可拆卸方式连接有正极极片和负极极片，铝箔和铜箔的中间均设有内螺纹孔，所述铝壳体的左右两侧面分别对应铝箔和铜箔上的内螺纹孔设有带橡胶塞的通孔；所述铝箔的极耳与铝箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体左侧面的通孔外；所述铜箔的极耳与铜箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体右侧面的通孔外；所述铝壳体的内部填充有电解液，铝壳体的顶部开口并安装有铝合金盖。
进一步，所述铝箔的极耳为带有外螺纹的铝合金丝，所述铜箔的极耳为带有外螺纹的铜丝。
进一步，所述橡胶塞为具有内外环结构的密封橡胶塞。
进一步，所述正极极片为正面单面涂布正极活性物质的铝片，所述负极极片为正面单面涂布正极活性物质的铜片，所述正极极片和负极极片的背面分别与铝箔和铜箔相接。
进一步，所述铝合金盖的表面镶嵌有玻璃，铝合金盖与铝壳体之间垫有橡胶圈并通过螺钉连接。
进一步，所述铝箔与铝壳体左侧内壁之间，以及铜箔与铝壳体右侧内壁之间均填充有聚合物胶体，且所述聚合物胶体对铝箔和铜箔限位固定。
进一步，所述正极极片的极耳通过螺钉及垫片与铝箔的两侧连接，所述负极极片的极耳通过螺钉及垫片与铜箔的两侧连接。
本实用新型具有的有益效果如下：
本实用新型的结构简单，利于原位组装，可以实现单片极片电池在循环过程中极片间电解液的拉曼测试数据的实时监控，便于探究电池在不同倍率及过充、过放条件下电解液中主要成份及溶剂化锂离子的变化情况，以及表征不同的正负极极片在充放电过程中的极化程度改变，有助于更进一步的了解电池循环过程中的内部变化。
附图说明
图1为本实用新型的爆炸分解图；
图2为本实用新型的主视图；
图3为本实用新型的俯视图；
图4为本实用新型的侧视图；
图5为本实用新型的剖视图；
图中：1：螺钉；2：玻璃片；3：铝合金盖；4：橡胶圈；5：铝壳体；6：正极极片；7：垫片；8：螺钉；9：铝箔；10：聚合物胶体；11：负极极片；12：铜箔；13：橡胶塞；14：铜箔极耳；15：铝箔极耳；16：内螺纹孔；17：通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
参照图1至图5所示的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，本装置匹配的电池体系为两侧双极耳的单层叠片电池体系；本装置具体包括铝壳体5，以可拆卸方式固定于铝壳体5内部左右两侧的铝箔9和铜箔12。
铝箔9和铜箔12分别作为正极集流体和负极集流体，在铝箔9和铜箔12的表面分别以可拆卸方式连接有正极极片6和负极极片11，正极极片6可以为正面单面涂布正极活性物质的铝片，所述负极极片11可以为正面单面涂布正极活性物质的铜片，所述正极极片6和负极极片11的背面分别与铝箔9和铜箔12相接。
铝箔9和铜箔12的中间均设有内螺纹孔16，所述铝壳体5的左右两侧面分别对应铝箔9和铜箔12上的内螺纹孔16设有带橡胶塞13的通孔17。橡胶塞13具有内外环结构，对通孔17进行密封。
正极极片6的背面连接铝箔极耳15，铝箔极耳15可以为带外螺纹的铝合金丝，铝箔极耳15与铝箔9上的内螺纹孔16通过螺纹连接，并伸出铝壳体5左侧面的通孔17外，正极极片6两边凸出的极耳通过螺钉8及带通孔的垫片7与铝箔9的两侧连接，方便固定和拆解。
负极极片11的背面连接铜箔极耳14，铜箔极耳14可以为带有外螺纹的铜丝，铜箔极耳14与铜箔12上的内螺纹孔16通过螺纹连接，并伸出铝壳体5右侧面的通孔17外，负极极片11两边凸出的极耳同样通过螺钉8及垫片7与铜箔12的两侧连接，方便固定和拆解。
铝壳体5的内部填充有电解液，铝壳体5的顶部开口并安装有铝合金盖3，
所述铝合金盖3的表面镶嵌有玻璃片2，铝合金盖3与铝壳体4之间还垫有橡胶圈2并通过螺钉1连接，以增强铝壳体5的密封性能。
铝箔9与铝壳体5左侧内壁之间通过聚合物胶体10填充及实现限位固定，铜箔12与铝壳体5右侧内壁之间同样通过聚合物胶体10填充及实现限位固定。聚合物胶体10可以是多个，本实施例中采用三个聚合物胶体，分别包覆于集流体的上方边缘和下方的两个拐角，起到绝缘的作用，同时设计为利于限位固定铝箔9和铜箔12的卡槽结构，铝箔9和铜箔12插入对应的聚合物胶体卡槽中即可完成固定，同时拆解也十分便利。
本装置的操作方法如下：
以三元50Ah电芯为例，取其正、负极极片，擦去正、负极片的背面，切成25*35mm的负极极片11和22*32mm的正极极片6（保证正负极片的尺寸小于的铝箔和铜箔的尺寸）。通过螺钉8及垫片7将正极极片6和负极极片11分别固定于作为集流体的铝箔9和铜箔12内侧表面（正负极片的两侧对称留出宽2mm,长2mm,间距6mm的两个极耳，配合螺钉及垫片固定在铝箔或铜箔的两侧），由于正、负极片不直接接触，故可省略隔膜，将铝箔9和铜箔12插入聚合物胶体10内，分别在铝壳体5的左右两侧插入铝箔极耳15和铜箔极耳14并拧紧螺纹，塞紧橡胶塞13。然后将整个装置转移至手套箱中，自铝壳体5上方开口直接注入适量的三元电解液浸没正负极片，然后通过螺钉1将橡胶圈4和铝合金盖3依次固定在铝壳体5顶部密封。待静置4h后，将铝壳体5两侧的正负极耳接入电化学工作站，并用激光寻找合适的点（拉曼激光打到正负极片之间），设置工步进行电性能测试。
电性能测试过程中同时进行原位拉曼监控，其中电性能测试采用不同倍率循环：0.05C倍率条件下在3.0-4.2V电压范围内循环2周、0.1C倍率条件下在3.0-4.2V电压范围内循环2周、0.5C倍率条件下在3.0-4.2V电压范围内循环2周、1C倍率条件下在3.0-4.2V电压范围内循环2周；原位拉曼设置波长范围在400-1500cm-1。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：包括铝壳体，以可拆卸方式固定于铝壳体内部左右两侧的铝箔和铜箔；所述铝箔和铜箔的表面分别以可拆卸方式连接有正极极片和负极极片，铝箔和铜箔的中间均设有内螺纹孔，所述铝壳体的左右两侧面分别对应铝箔和铜箔上的内螺纹孔设有带橡胶塞的通孔；所述铝箔的极耳与铝箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体左侧面的通孔外；所述铜箔的极耳与铜箔上的内螺纹孔通过螺纹连接，并伸出铝壳体右侧面的通孔外；所述铝壳体的内部填充有电解液，铝壳体的顶部开口并安装有铝合金盖。
2.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述铝箔的极耳为带有外螺纹的铝合金丝，所述铜箔的极耳为带有外螺纹的铜丝。
3.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述橡胶塞为具有内外环结构的密封橡胶塞。
4.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述正极极片为正面单面涂布正极活性物质的铝片，所述负极极片为正面单面涂布正极活性物质的铜片，所述正极极片和负极极片的背面分别与铝箔和铜箔相接。
5.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述铝合金盖的表面镶嵌有玻璃，铝合金盖与铝壳体之间垫有橡胶圈并通过螺钉连接。
6.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述铝箔与铝壳体左侧内壁之间，以及铜箔与铝壳体右侧内壁之间均填充有聚合物胶体，且所述聚合物胶体对铝箔和铜箔限位固定。
7.根据权利要求1所述的一种电池循环过程中原位拉曼监控的装置，其特征在于：所述正极极片的极耳通过螺钉及垫片与铝箔的两侧连接，所述负极极片的极耳通过螺钉及垫片与铜箔的两侧连接。
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