CN216718630U - 一种全固态电池三电极电池夹具及试验电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全固态电池三电极电池夹具，包括：主体部，主体部设置有测试腔、分别与测试腔贯通的第一通道和两根第二通道；两根第二通道的测试腔端口正对且分设于测试腔的两侧；第一导电端盖，盖设于第一通道的入料端口，与参比电极连接；导电顶紧柱，分别穿设于两根第二通道中，通过第一端面顶紧依次层叠的电极片、电解质片和参比电极；第二导电端盖，分别盖设于两根第二通道的入料端口，与导电顶紧柱的第二端面相抵；调节结构，沿第二通道的延伸方向调节并定位第二导电端盖。该全固态电池三电极电池夹具有助于提高试验样品的一致性和试验结果的准确性，延长电极使用寿命。本实用新型还公开了一种试验电池。

Description

一种全固态电池三电极电池夹具及试验电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种全固态电池三电极电池夹具及试验电池。

背景技术

充放电过程中固态电解质材料的结构变化无法用单一的半电池进行测试表征，而三电极结构可以对固态电解质在充放电过程中机理变化进行系统的分析；固态电解质材料无法暴露在空气中，因此需要密封于测试夹具中。

现有技术的三电极测试装置如CN105699456A中所述的，包括设置有T形通孔的主体部，三端均设置有调节机构，三个电极通过电极连接柱与电极螺栓固定连接。三电极工作过程包括：电解质为固态电解质，旋转电极螺栓顶紧电解质与极片，工作电极和对电极自身旋转的同时向电解质推进。为了探究电极对电解质的压力对电池性能的影响，在工作电极和对电极与相应电极的固体电解质相接触时，进一步旋紧电极螺栓，增加电极与固体电解质的压力，电极的螺旋运动不可避免地会破坏电极，影响试验样品的一致性、试验结果的准确性和电极寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种全固态电池三电极电池夹具，通过调节结构调节定位第二端盖，改变正极片、负极和电解质片的压力，克服压力调节过程中破坏电极的问题。

为了实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：一种全固态电池三电极电池夹具，包括：

主体部，所述主体部设置有测试腔、分别与所述测试腔贯通的第一通道和两根第二通道；两根所述第二通道的测试腔端口正对且分设于所述测试腔的两侧；

第一导电端盖，盖设于所述第一通道的入料端口，与参比电极连接；

导电顶紧柱，分别穿设于两根所述第二通道中，通过第一端面顶紧依次层叠的电极片、电解质片和参比电极；

第二导电端盖，分别盖设于两根所述第二通道的入料端口，与所述导电顶紧柱的第二端面相抵；

调节结构，沿所述第二通道的延伸方向调节并定位所述第二导电端盖。

优选的技术方案为，所述测试腔、所述第一通道和两根所述第二通道组合成所述主体部的T型通孔。

优选的技术方案为，所述调节结构包括设置于所述第二通道的螺纹，所述第二导电端盖与所述第二通道螺纹连接。

优选的技术方案为，所述第一导电端盖和/或第二导电端盖的外盖面上设置有电极连接柱。

优选的技术方案为，所述导电顶紧柱包括通道穿接段和伸出设置于所述第二通道外的端盖抵接段，所述端盖抵接段的外径大于所述第二通道的内径，所述端盖间隙配合套接于所述端盖抵接段的外周。

优选的技术方案为，所述第一导电端盖与所述第一通道螺纹连接。

优选的技术方案为，所述第二导电端盖设置有与扳手配合的操作口。

优选的技术方案为，所述第一导电端盖的内盖面固定设置有参比电极连接杆。

本实用新型的目的之二在于提供一种试验电池，包括上述的全固态电池三电极电池夹具，还包括：

参比电极，与所述第一导电端盖固定连接；

电解质片和电极片，分别设置于所述第二通道中；

电解质片设置于所述参比电极与同电极的所述电极片之间。

优选的技术方案为，所述参比电极为锂片，所述锂片设置有厚度方向的贯穿孔。

本实用新型的优点和有益效果在于：

该全固态电池三电极电池夹具中电极为片状，通过两个第二通道的第二导电端盖和导电顶紧柱压紧参比电极、电解质和电极组成三电极电池，克服现有技术中螺旋调节的电极损伤电极的缺陷，操作方便；

试验电池的一致性和试验结果的准确性高，电极使用寿命长。

附图说明

图1是全固态电池三电极电池夹具的立体结构示意图；

图2是全固态电池三电极电池夹具的剖面图；

图3是全固态三电极电池的剖面图；

图中：1、主体部；11、测试腔；12、第一通道；13、第二通道；101、测试腔端口；102、入料端口；2、第一导电端盖；3、导电顶紧柱；31、通道穿接段；32、端盖抵接段；4、第二导电端盖；5、参比电极；6、电解质片；7、工作电极；8、对电极；9、电极连接柱；10、参比电极连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二”仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，“第一/第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使本实用新型实施例能够以除下述以外的顺序实施。

以下参考附图所示为示意性的示例，进一步说明本实用新型。通过以下说明，本实用新型的各方面优点将更加明显。附图中相同的附图标记指代相同的部件。示意性附图中各部件的形状和尺寸仅用于示意，并不能被认为体现了实际的形状、尺寸和绝对的位置。

如图1和图2所示，实施例全固态电池三电极电池夹具包括：

主体部1，主体部1设置有测试腔11，还设置有一根第一通道12和两根第二通道12，第一通道12和两根第二通道13分别与测试腔11贯通；第一通道12和第二通道13分别具有两个相对的端口，与测试腔11连通的测试腔端口101和另一端的入料端口102，两根第二通道13的测试腔端口101正对且分设于测试腔11的两侧；

第一导电端盖2，盖设于第一通道12的入料端口102，与参比电极5连接；

导电顶紧柱3，分别穿设于两根第二通道13中，通过第一端面31顶紧依次层叠的电极片、电解质片6和参比电极5；

第二导电端盖4，分别盖设于两根第二通道13的入料端口102，与导电顶紧柱3的第二端面32相抵；

调节结构，沿第二通道13的延伸方向调节并定位第二导电端盖4。

具体的，主体部1中第一通道12和第二通道13的测试腔端口101正对且分设于测试腔11的两侧，例如Y形通孔；在调节结构的作用下，第二导电端盖4通过导电顶紧柱3对第二通道13中的电极片施加的力具有朝向参比电极5的分力；进一步的，第一通道12和第二通道13正对设置，两个第二导电端盖4对电极片的压力方向相对。第一导电端盖2优选与参比电极5固定连接，包括但不限于可拆卸式固定连接，例如第一导电端盖2设置有参比电极固定连接结构。

主体部1的材质优选PTFE（聚四氟乙烯），PTFE具有良好的化学稳定性、电绝缘性、密封性，还具有最佳的老化寿命，满足全固态电池测试的要求。

导电顶紧柱3兼具顶紧和导电的作用，第二导电端盖4兼具顶紧、密封和导电的作用，其材质优选具有耐压强度的导电材质，例如金属材质，进一步优选不锈钢314。

如图2所示，在一实施例中，测试腔11、第一通道12和两根第二通道13组合成主体部1的T型通孔，第一通道12、第二通道13均为直线型通道，第一通道12与第二通道13相垂直，方便将与第一导电端盖2固定连接的参比电极5安装入测试腔11中，并将参比电极5调节至与第二通道13截面相平行且在轴向上与第二通道相对齐。可选的，第一通道12上设置有限定第一导电端盖2旋转角度的标记。

具体的，调节结构的作用是沿第二通道13的延伸方向调节并定位第二导电端盖4，调节结构设置于主体部1上（例如螺纹、多级限位凸弧），也可以独立于主体部1设置。调节结构还可以为沿第二通道13的延伸方向驱动第二导电端盖4位移的驱动件，例如气缸、液压油缸、手动或者电机驱动的丝杠螺母滑台以及上述驱动件的等效替换方案；第二导电端盖4与相应的驱动件之间绝缘连接。

如图2所示，在另一实施例中，调节结构包括设置于第二通道13的螺纹，第二导电端盖4与第二通道13螺纹连接。螺纹为内螺纹或者外螺纹。优选为外螺纹，相应的，第二导电端盖4设置有内螺纹，第二导电端盖4与导电顶紧柱3接触面可趋大控制。

如图1和图2所示，在另一实施例中，第一导电端盖2和第二导电端盖4的外盖面上均设置有电极连接柱9。通过电极连接柱9外接测试设备，连接可靠。进一步的，电极连接柱9与相应的第一导电端盖2或第二导电端盖4一体连接。

如图2所示，在另一实施例中，导电顶紧柱3包括通道穿接段31和伸出设置于第二通道13外的端盖抵接段32，端盖抵接段32的外径大于第二通道13的内径，端盖间隙配合套接于端盖抵接段32的外周。如图2中所示，通道穿接段31和端盖抵接段32可选为一体连接，提高导电顶紧柱3随端盖位移的稳定性，并且第二端面32可趋大设置，例如第二端面32的直径大于第二通道13的内径。进一步的，第二端面32的直径小于端盖抵接段32的外径，以引导第二导电端盖4与端盖抵接段32的套接。

如图2所示，在另一实施例中，第一导电端盖2与第一通道12螺纹连接，第一通道12的螺纹也是外螺纹，可提高测试过程中安装参比电极5的便利性。

如图1所示，在另一实施例中，第二导电端盖4设置有与扳手配合的操作口。为了精确调节参比电极5、电解质片6与电极片之间的压力，扳手优选为扭力扳手，操作口便于扭力扳手施加拧动第二导电端盖4的作用力。具体的，附图中操作口的外轮廓为六角螺母状，也可以等效替换为至少一对相平行的扳手夹持面。

如图2所示，在另一实施例中，第一导电端盖2的内盖面固定设置有参比电极连接杆10。进一步的，第一导电端盖2与参比电极连接杆10一体连接。

如图3所示，试验电池包括上述的全固态电池三电极电池夹具，还包括：

参比电极5，与第一导电端盖2固定连接；

电解质片6和电极片，分别设置于第二通道13中；

电解质片6设置于参比电极5与同电极的电极片之间。

电解质片6为固态电解质压制所得的压片，按照测试电池分为分别与工作电极和对电极抵接的电解质片，电极片包括工作电极7和对电极8。试验电池中电解质片6分别层叠夹设于参比电极5与工作电极7、参比电极5与对电极8之间。

为了达到类似参比电极5浸入在电解质中的测试状态，片状的参比电极5包括但不限于以下结构：

1、参比电极5的直径小于电解质片6的直径，突出与参比电极5外缘的电解质片6之间相接触；

2、参比电极5设置有厚度方向的贯穿孔和/或参比电极5的外缘设置有缺口，厚度方向的贯穿孔为多个且按照预定的规律排布，或者单个贯穿孔，即参比电极5为环状。

如图3所示，在一实施例中，参比电极5为锂片，参比电极5的外轮廓尺寸与第二通道13的孔径相近。

全固态电池三电极电池夹具装配成试验电池的组装过程包括：

S1：旋出第一导电端盖2和第二导电端盖4，自第一通道12和第二通道13中取出导电顶紧柱3；

S2：将参比电极5固定连接到第一导电端盖2上；

S3：将参比电极5置入第一通道12中，第一导电端盖2螺纹连接至第一通道12的入料端口102，直至参比电极5位于测试腔11中，并且参比电极5与电解质抵接的表面与第二通道13的通道面平齐；

S4：依次将电解质片6、工作电极7、导电顶紧柱3置入一根第二通道13中；依次将电解质片6、对电极8、导电顶紧柱3置入另一根第二通道13中；

S5：按照预定测试要求设定扭力扳手的扭矩值，扭力扳手与操作口装配，将第二导电端盖4螺纹连接至第二通道13的入料端口102。

以上组装过程方便快捷，全固态电池三电极电池夹具的密封性能良好，确保固态电解质在密闭的环境空间内进行三电极测试，大大提升了全固态电池中电池机理分析的可行性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，包括：

主体部，所述主体部设置有测试腔、分别与所述测试腔贯通的第一通道和两根第二通道；两根所述第二通道的测试腔端口正对且分设于所述测试腔的两侧；

第一导电端盖，盖设于所述第一通道的入料端口，与参比电极连接；

导电顶紧柱，分别穿设于两根所述第二通道中，通过第一端面顶紧依次层叠的电极片、电解质片和参比电极；

第二导电端盖，分别盖设于两根所述第二通道的入料端口，与所述导电顶紧柱的第二端面相抵；

调节结构，沿所述第二通道的延伸方向调节并定位所述第二导电端盖。

2.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述测试腔、所述第一通道和两根所述第二通道组合成所述主体部的T型通孔。

3.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述调节结构包括设置于所述第二通道的螺纹，所述第二导电端盖与所述第二通道螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述第一导电端盖和/或第二导电端盖的外盖面上设置有电极连接柱。

5.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述导电顶紧柱包括通道穿接段和伸出设置于所述第二通道外的端盖抵接段，所述端盖抵接段的外径大于所述第二通道的内径，所述第二导电端盖间隙配合套接于所述端盖抵接段的外周。

6.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述第一导电端盖与所述第一通道螺纹连接。

7.根据权利要求3所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述第二导电端盖设置有与扳手配合的操作口。

8.根据权利要求1所述的全固态电池三电极电池夹具，其特征在于，所述第一导电端盖的内盖面固定设置有参比电极连接杆。

9.一种试验电池，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的全固态电池三电极电池夹具，还包括：

参比电极，与所述第一导电端盖固定连接；

电解质片和电极片，分别设置于所述第二通道中；

电解质片设置于所述参比电极与同电极的所述电极片之间。

10.根据权利要求9所述的试验电池，其特征在于，所述参比电极为锂片，所述锂片设置有厚度方向的贯穿孔。

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