CN214848740U - 一种圆柱形锂离子三电极电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种圆柱形锂离子三电极电池，包含电芯、包裹电芯的外壳、参比电极、电解液以及异侧设置的正极输出端和负极输出端，电芯包括隔膜和位于隔膜异侧的电连接正极输出端的正极片和电连接负极输出端的负极片，正极片与负极片之间还设有轴向长度不小于隔膜轴向长度的外加隔膜，参比电极包括从外壳的负极一侧伸出的参比电极极柱和固定于电芯的连接部，连接部包括依次相连的与参比电极极柱连接的第一分段和位于隔膜和外加隔膜之间的第二分段，外壳的一端部设有用于密封电芯的负极一侧的且可供参比电极极柱穿设的内部绝缘密封件。该电池由负极引出参比电池极柱，不需要改变电芯、顶板等重要结构，工艺简单，气密性良好，可以稳定运行。

Description

一种圆柱形锂离子三电极电池

技术领域

本实用新型属于锂电池领域，具体涉及一种圆柱形锂离子三电极电池。

背景技术

锂离子电池具有体积小、能量高、无污染的优点，已经越来越广泛地应用于移动电话、数码相机等便携式电子产品。随着锂离子电池的不断普及，对于其材料、性能以及安全问题的研究工作也越来越多。电池研究工作涉及电化学中电极问题，为了更好地研究电池的正负极性能，经常引入第三个电极作为参比电极，以参比电极作为标准，分别测试正极或者负极相对于参比电极的电位。三电极系统是表征电化学反应过程的重要手段，可反应正、负单电极独立的氧化还原过程，是分析锂电池正、负极电势、阻抗等性能的重要工具。

现有的三电极锂离子电池的应用领域较窄，专利CN108630980A公开了一种锂离子三电极软包电池，包括：铝塑膜、电芯、参比电极、电解液、正极耳和负极耳。参比电极插入电芯内的一端包裹有锂片，正极耳和负极耳分别焊接连接电芯的正极和负极，铝塑膜包裹电芯和参比电极，且参比电极伸出铝塑膜。专利CN211700344U公开了一种带有参比极柱结构的锂电池盖板，包括盖板本体，盖板本体上设有正极柱、负极柱和防爆阀，正极柱与盖板本体电连接，负极柱与盖板本体绝缘。盖板本体穿设有连接定位孔，盖板本体通过连接定位孔连接有参比极柱结构。参比极柱结构包括固定在连接定位孔内与盖板本体密封绝缘连接的电极柱，电极柱为中空结构，其中部为注液孔。电极柱的顶端固定连接有电极端子。由于圆柱形电池的正极端盖通常需要设置较多安全部件，因而上述方案并不适用于对气密性要求苛刻，顶盖结构难以添加参比电极的圆柱形电池领域。

实用新型内容

本实用新型提供了一种圆柱形锂离子三电极电池，其使用了新的圆柱性外壳，于负极一侧引入了参比电极极柱，在不改变电池的顶盖、电芯和隔膜等重要结构的情况下，得到了一种工艺简单、气密性和稳定性良好的圆柱形锂离子三电极电池。

本实用新型的圆柱形锂离子三电极电池，包含电芯、包裹电芯的外壳、参比电极、电解液以及异侧设置的正极输出端和负极输出端，电芯包括隔膜和位于隔膜异侧的电连接正极输出端的正极片和电连接负极输出端的负极片，正极片与负极片之间还设有轴向长度不小于隔膜轴向长度的外加隔膜，参比电极包括从外壳的负极一侧伸出的参比电极极柱和固定于电芯的连接部，连接部包括依次相连的与参比电极极柱连接的第一分段和位于隔膜和外加隔膜之间的第二分段，外壳的一端部设有用于密封电芯的负极一侧的且可供参比电极极柱穿设的内部绝缘密封件。

区别于现有技术将参比电极由正极一侧引出的方案，本实用新型的圆柱形锂离子三电极电池采用了负极一侧固定有参比电极极柱的新型外壳，将参比电极由负极一侧引出，因此可以适用于正极盖板部分难以添加参比电极的圆柱形锂离子三电极电池领域。另外，通过外加隔膜和隔膜的配合对第二分段进行固定和绝缘，通过粘性层对第一分段进一步固定和绝缘，使得第一分段更加稳定，不会干扰参比电极的测试结果，同时不需要改变现有圆柱形锂离子三电极电池的正极盖板、电芯等重要结构，制备工艺和成本较低，并且通过内部绝缘密封件取代了底部绝缘片对负极一侧进行密封，同时还有固定参比电极极柱的作用，进一步提高测试结果的稳定性。

进一步的，参比电极极柱与外壳的连接处设有外部绝缘密封件。通过外部绝缘密封件进一步对参比电极极柱和外壳的连接处进行密封固定，以提高电池的稳定性和测试结果的稳定性。进一步的，外部绝缘密封件的厚度为0.5～5mm。

进一步的，内部绝缘密封件的厚度为0.2～2mm。出于密封性和电池容量的考虑，可以对内部绝缘密封件的厚度进行调整。

进一步的，参比电极极柱的直径为1～3mm，长度为1～3cm。出于安装的便利和密封性的需求，可以对参比电极极柱的直径和长度进行调整。

进一步的，内部绝缘密封件的中部设有底焊孔，底焊孔的孔径为0.5～5mm。孔径过大会影响电池的密封性，孔径过小容易导致负极耳无法弯折并底焊于钢壳底部，因此需要合理设置底焊孔的孔径大小。

进一步的，连接部为直径20～200μm的铜丝。铜丝具有良好的导电性能且不容易与电解液发生反应，直径在这一范围的铜丝具有合适的电阻并且不会对电芯的结构造成明显影响。

进一步的，第一分段的长度为1～5cm。合理设置第一分段的长度，可以避免材料浪费或者对后续处理造成影响。

进一步的，第一分段与参比电极极柱连接的部分的长度为2～5mm。

进一步的，第一分段表面覆盖有胶纸，胶纸为极片胶。在确保对连接部的固定作用和不影响电池的性能的情况下，也可以使用其他粘性材料。

进一步的，第二分段长度为隔膜轴向长度的2/3～4/5。合理设置第二分段的长度可以保证检测结果的稳定性。

进一步的，连接部的表面设有锂层。制备完成的三电极电池在化成之后必须对参比电极进行前镀锂处理(即对铜丝表沉积一定厚度的锂金属)以满足参比电极的对锂电位(

参比＝0V)稳定性和抗干扰性，镀锂方式分别对正极-参比电极、负极-参比电极分别施加1～200μA的电流，时间分别为0.5～24h，经过镀锂之后才能实现对锂电位的相关监控。

附图说明

图1为本实用新型圆柱形锂离子三电极电池一实施例的正视图。

图2为图1的圆柱形锂离子三电极电池的仰视图。

图3为本实用新型圆柱形锂离子三电极电池中电芯的部分展开图。

图4为图3的电芯于第二分段处的径向横截面图。

图5为第一实施例电池的放电过程的电极电位图。

元件标号

100-圆柱形锂离子三电极电池；1-外壳；11-正极输出端；13-负极输出端；2-密封层；21-内部绝缘密封件；211-底焊孔；23-外部绝缘密封件；3-电芯；31- 隔膜；33-正极片；35-负极片；37-外加隔膜；4-参比电极；41-连接部；411-第一分段；413-第二分段；43-参比电极极柱。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型的目的、技术方案和有益效果，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例，但是，本实用新型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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面，需要说明的是，除非另有明确的规定的限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将结合附图对本实用新型的圆柱形锂离子三电极电池进行详细说明。

如图1-4所示，本实施例的圆柱形锂离子三电极电池100，包含外壳1、电芯3、参比电极4和电解液(图中未示出)，外壳1包括正极输出端11和负极输出端13，电芯3包括隔膜31和位于隔膜31异侧的电连接正极输出端11的正极片33和电连接负极输出端13的负极片35，其中，正极输出端11为正极极柱，负极输出端13为外壳1的底部，由于负极片35连接外壳1，故外壳1的底部可充当负极输出端13。正极片33和负极片35之间还设有一层轴向长度等于隔膜 31的轴向长度的外加隔膜37，当然外加隔膜37的轴向长度也可以大于隔膜31 的轴向长度，图中将外加隔膜37设置于隔膜31与正极片33之间，但是也可以将外加隔膜37设置于隔膜31与负极片35之间，只要能够使得第二分段413与正极片33和负极片35相互绝缘即可。参比电极4包括从外壳1的负极一侧的伸出的参比电极极柱43，固定于电芯3的连接部41。连接部41包括依次焊接相连的与参比电极极柱43焊接连接的第一分段411和位于隔膜31与外加隔膜 37之间第二分段413，如此，连接部41得到了很好的固定和绝缘。第一分段41 可借由极片胶层(图中未示出)进行绝缘处理，当然也可以采用其它绝缘方式。外壳1的负极一侧设有用于密封外壳1的负极一侧的内部绝缘密封件21，内部绝缘密封件21可供参比电极极柱41通过并为其提供固定作用。

如图1-2所示，本实施例的圆柱形锂离子三电极电池100的负极一侧，参比电极极柱43与外壳1的连接处设有厚度为1mm的外部绝缘密封件23，进一步加强圆柱形锂离子三电极电池100的密封性和参比电极极柱43的稳定性。本实施例中内部绝缘密封件21的厚度为2mm，当然也可以根据密封性和电池容量的需要进行调整。本实施例中参比电极极柱43的直径为2mm，长度为2mm，可以根据安装的便利和密封性的需求进行调整。本实施例中，内部绝缘密封件21 的中心设有底焊孔211，负极输出端13由卷芯3边缘引出，弯折后焊接于底焊孔211，底焊孔211的孔径为2mm，考虑到密封性和焊接的方便，可以对孔径大小进行合理调整。

如图3-4所示，本实施例中连接部41为100μm的铜丝，也可以在20～200μm 之间进行选择，铜丝不容易与电解液发生反应并且该直径范围的铜丝具有合适的电阻，可以确保测试结果的稳定性。第一分段411的长度为2cm，第二分段 413的长度为隔膜轴向长度的2/3，第一分段411与参比电极极柱43的焊接部分的长度为3mm，出于安装的便利性、以及提高结果的精准性的需求，可以对连接部41各分段的长度进行调整。连接部41的表面镀有锂层，以提高检测的准确性，当然也可以使用其它方式设置锂层，也可以根据三电极电池的特点选择其它合适的材料，本实施例的镀锂方式为分别对正极输出端11-参比电极4、负极输出端11-参比电极4分别施加200μA的电流，时间分别为12h，经过镀锂之后才能实现对锂电位的相关监控。

将上述第一实施例的圆柱形锂离子三电极电池100进行放电试验，检测放电过程中正负极电位变化的情况，如图5。根据图5的结果可知，本实施例的圆柱形锂离子三电极电池100放电稳定，测试数据准确。

应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本实用新型权利要求限定的范围。

Claims (10)

1.一种圆柱形锂离子三电极电池，包含电芯、包裹所述电芯的外壳、参比电极、电解液以及异侧设置的正极输出端和负极输出端，所述电芯包括隔膜和位于所述隔膜异侧的电连接所述正极输出端的正极片和电连接所述负极输出端的负极片，其特征在于，所述正极片与所述负极片之间还设有轴向长度不小于所述隔膜轴向长度的外加隔膜，所述参比电极包括从所述外壳的负极一侧伸出的参比电极极柱和固定于所述电芯的连接部，所述连接部包括依次相连的与所述参比电极极柱连接的第一分段和位于所述隔膜和所述外加隔膜之间的第二分段，所述外壳的一端部设有用于密封所述电芯的负极一侧的且可供所述参比电极极柱穿设的内部绝缘密封件。

2.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述参比电极极柱与所述外壳的连接处设有外部绝缘密封件。

3.根据权利要求2所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述外部绝缘密封件的厚度为0.5～5mm。

4.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述内部绝缘密封件的厚度为0.2～2mm。

5.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述参比电极极柱的直径为1～3mm，长度为1～3cm。

6.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述内部绝缘密封件的中部设有底焊孔，所述底焊孔的孔径为0.5～5mm。

7.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述连接部为直径20～200μm的铜丝。

8.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述第一分段的长度为1～5cm。

9.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述第一分段表面覆盖有胶纸，所述胶纸为极片胶。

10.根据权利要求1所述的圆柱形锂离子三电极电池，其特征在于，所述连接部的表面设有锂层。

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