CN217484478U

CN217484478U - 一种电化学性能测试装置

Info

Publication number: CN217484478U
Application number: CN202220171052.5U
Authority: CN
Inventors: 聂荣荣; 刘婵; 侯敏; 曹辉
Original assignee: Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Current assignee: Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2032-01-21

Abstract

本申请涉及一种电化学性能测试装置，整体分为三个部分，测试件内贯穿设有第一测试腔体；两个电极结构件分别密封可拆连接在测试件的两端；电极结构件内设有与第一测试腔体连通的第二测试腔体，第二测试腔体内设置电极集流体。三个部分连接后将第一测试腔体和第二测试腔体形成一个完整密封的空间，从而适应非流淌的半固态、固态和液态电解质。在进行测试时，将所需测试的电池放置在其中一个第二测试腔体内，并设置电解液，然后进行依次连接测试件和另一个电极结构件，使两个电极结构件与电池的正负极接触，即可根据需要进行EIS、CV、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果，扩大其适用范围。

Description

一种电化学性能测试装置

技术领域

本申请涉及锂电池性能测试领域，特别涉及一种电化学性能测试装置。

背景技术

随着电动汽车的发展需求越来越高，对锂电池的能力也提出更高的要求，其中从正负极材料，面密度、压实等方面来改善锂离子电池的性能。前期针对其性能改善的方案通常会制备对称电池及半电池来对其进行性能的理论分析，进行EIS(ElectrochemicalImpedance Spectroscopy电化学阻抗谱)、CV(CyclicVoltammetry循环伏安法)、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果。

测量锂离子迁移数最为广泛的方法是电势阶跃的方法，施加一个电压，然后测试初始和稳态后的电流和阻抗，从而测出离子迁移数。在电解液中迁移的Li⁺占比越高，电解液在正负极之间的传递的电荷效率就会也越高，Li⁺在电解液中溶解时会发生溶剂化，使得过剩的阴离子聚集在正极表面，正负极之间就会产生浓差极化，导致过电势，限制锂离子电池能量密度和功率密度的提升，因此，电解液中锂离子的迁移数的大小也是影响电池性能的因素之一。

阻抗测试：一般评估扣电阻抗，反映极片本身的性能。

固相扩散系数测试：对于锂离子的嵌入/脱出，其固相过程为一缓慢过程，往往成为控制步骤。扩散速率往往决定了反应速度，扩散系数越大，反应速度会越快，随着极片厚度不断的增加，扩散速度往往会减少，因此，极片的固相扩散成为我们关注的重点之一。

在一些相关技术中，在对称电池及半电池的锂离子迁移数测试中，电解液分别为非流淌的半固态、固态和液态电解质，一般采用的电解池测试装置其结构包括电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件螺纹连接后构成整体锂离子迁移数测试的电解池，电极结构件包括绝缘螺栓座、弹簧、不锈钢集流柱、限位柱、工作电极集流体、绝缘套、绝缘垫片和对电极盖形螺母，绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状工作电极结构，对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔底部设有绝缘套并构成对电极盖形螺母，圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。

但是，电解池测试装置存在以下问题：

(1)其结构件较多，由于各个部件之间存在装配误差，导致测试误差偏大，另外其针对非流淌的半固态、固态电解质，无法全部适应非流淌的半固态、固态和液态电解质。

(2)其无法采用同一种装置进行阻抗测试、固相扩散系数测试和锂离子迁移数测试，应用范围不广泛。

实用新型内容

本申请实施例提供一种电化学性能测试装置，以解决相关技术中一般电解池测试装置结构件较多，由于装配误差导致的测试误差偏大，以及无法全部适应非流淌的半固态、固态和液态电解质的问题。

提供了一种电化学性能测试装置，其包括：

测试件，其内贯穿设有第一测试腔体；

两个电极结构件，其分别密封可拆连接在测试件的两端；所述电极结构件内设有与第一测试腔体连通的第二测试腔体，第二测试腔体内设置电极集流体。

一些实施例中，所述测试件为筒体，所述电极结构件与测试件连接的一端为管状，所述第二测试腔体贯穿所述电极结构件与测试件连接的一端。

一些实施例中，所述第一测试腔体的内径大于电极结构件的外径；

所述第一测试腔体的内壁面设有第一螺纹；所述电极结构件的外表面设有与第一螺纹相适配的第二螺纹。

一些实施例中，所述测试件的外径小于第二测试腔体的内径；

所述测试件的外表面设有第三螺纹；所述第二测试腔体内壁面设有与第三螺纹相适配的第四螺纹。

一些实施例中，所述测试件和两个电极结构件中，至少一个的外表面固定设有夹持限位部。

一些实施例中，所述电极结构件上设有与所述电极集流体电连接的连接触点。

一些实施例中，两个电极结构件的第二测试腔体内均设置导电垫片；或，

其中一个电极结构件的第二测试腔体内设置导电垫片。

一些实施例中，所述导电垫片靠近测试件的一面上设置有导电弹性片。

一些实施例中，所述导电垫片为不锈钢垫片，所述导电弹性片为弹簧。

一些实施例中，所述弹簧为宝塔弹簧。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种电化学性能测试装置，由于测试件内设有第一测试腔体，两个电极结构件其分别可拆连接在测试件的两端；电极结构件内设有与第一测试腔体连通的第二测试腔体，第二测试腔体内设置电极集流体；其结构简单，整体分为三个部分，装配较为简单，误差容易控制，三个部分连接后可将第一测试腔体和第二测试腔体形成一个完整密封的空间，方便进行设置电池和电解液，从而可适应非流淌的半固态、固态和液态电解质。

在进行测试时，将所需测试的电池放置在其中一个第二测试腔体内，并设置电解液，然后进行依次连接测试件和另一个电极结构件，以使两个电极结构件与电池的正负极接触，即可根据需要进行锂离子迁移数、阻抗测试和固相扩散系数测试，扩大其适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电化学性能测试装置。

图中：1、测试件；10、第一测试腔体；2、电极结构件；20、第二测试腔体；3、导电垫片；4、导电弹性片；5、夹持限位部；6、连接触点。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了以解决相关技术中一般电解池测试装置结构件较多，由于装配误差导致的测试误差偏大，以及无法全部适应非流淌的半固态、固态和液态电解质的问题。

请参阅图1，一种电化学性能测试装置包括测试件1、电极集流体和电极结构件2；

其中测试件1的内部贯穿设有第一测试腔体10；电极结构件2的数量为两个，并且电极结构件2内设有与第一测试腔体10连通的第二测试腔体20；第二测试腔体20内设置电极集流体，电极集流体用来进行施加电压或电流扰动，测量所需参数，以及将测得信息传出的作用。两个电极结构件2分别密封可拆连接在测试件1的两端。

在进行测试时，将所需测试的电池放置在其中一个第二测试腔体20内，并设置电解液，然后进行依次连接测试件1和另一个电极结构件2，以使两个电极结构件2与电池的正负极接触，即可根据需要进行EIS、CV、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果。

从而通过以上的设置，整体分为三个部分，安装和拆卸较为简单，因此误差容易控制，不易影响检测结果；另外三个部分连接后可将第一测试腔体和第二测试腔体形成一个完整密封的空间，方便进行设置电池和电解液，从而可适应非流淌的半固态、固态和液态电解质。

应当理解的是：电解池测试装置所测试的对象一般为对称电池及半电池，对称电池包括两个圆形的极片和被两个圆形极片夹持在中间的隔膜；半电池为一个圆形极片和圆形锂片，圆形极片和圆形锂片之间设置隔膜。在进行测试时，加入电解质进行测试即可。

通过以上的电解池测试装置，便于将对称电池及半电池以及电解质放置其内部进行测试，一是相当于将电解池测试装置、对称电池及半电池、电解质看作是一个完整的电池，那么完整的电池可便于进行各项检测，即通过两个电极结构件2与对称电池或半电池正负极接触，便于施加压差和电流，从而可进行各项检测，从而只利用本装置就可便于进行EIS、CV、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果，从而扩大其适用范围；

二是本电解池测试装置在测试过程中也相当于外壳，可便于进行夹持，进行EIS、CV、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果，同时也对对称电池及半电池起到了一定的保护作用，避免损坏对称电池及半电池。

在一些优选的实施例中，测试件1为筒体，电极结构件2与测试件1连接的一端为管状，第二测试腔体20贯穿电极结构件2与测试件1连接的一端。测试件1和电极结构件2的具体连接形式有以下两种情况：

第一种，第一测试腔体10的内径大于电极结构件2外径；第一测试腔体10的内壁面设有第一螺纹；电极结构件2的外表面设有与第一螺纹相适配的第二螺纹；通过第一螺纹和第二螺纹的匹配连接，以实现测试件1和电极结构件2的可拆卸连接，并且这一种连接的方式密封性也较强。

第二种，测试件1的外径小于第二测试腔体20的内径；测试件1的外表面设有第三螺纹；电极结构件2的第二测试腔体20内壁面设有与第三螺纹相适配的第四螺纹。通过第三螺纹和第四螺纹的匹配连接，以实现测试件1和电极结构件2的可拆卸连接，并且这一种连接的方式密封性也较强。

进一步的，在测试件1和两个电极结构件2中，至少其中一个的外表面固定设有夹持限位部5，夹持限位部5的设置便于进行转动测试件1和两个电极结构件2，以及在测试时被夹持，避免被损坏。夹持限位部5可以为螺母。

进一步的，电极结构件2上设有与电极集流体电连接的连接触点6。连接触点6的设置方便测试位点和施加电压/电流扰动的位点与本装置进行连接。

在一些优选的实施中，由于测试的电池的大小不一致，会存在与两个电极结构件2中的电极集流体其中一个无法稳定接触，或者产生虚接的情况，因此需要在第二测试腔体20内设置导电垫片3；导电垫片3可以设置在两个第二测试腔体20内，也可以只设置在其中一个第二测试腔体20内。导电垫片3设置的数量也可以根据需要进行选择，导电垫片3为不锈钢垫片。

进一步的，为防止导电垫片3的增设对电池产生损害，在导电垫片3靠近测试件1的一面上设置有导电弹性片4，导电弹性片4为弹簧，优选的为宝塔弹簧。

本申请原理：

从而通过以上的设置，结构简单，整体分为三个部分，安装和拆卸较为简单，因此误差容易控制，不易影响检测结果；另外三个部分连接后可将第一测试腔体和第二测试腔体形成一个完整密封的空间，方便进行设置电池和电解液，从而可适应非流淌的半固态、固态和液态电解质。另外本装置正是由于两个电极结构件2的使用，相当于将对称电池及半电池形成一个完整的电池，那么完整的电池可便于进行各项检测，可以只利用一个装置就可进行EIS、CV、计时电流及脉冲极化等测试，可以计算出锂离子迁移数，阻抗测试，固相扩散系数等结果，从而扩大其适用范围。另外本装置也对对称电池及半电池起到了一定的保护作用。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电化学性能测试装置，其特征在于，其包括：

测试件(1)，其内贯穿设有第一测试腔体(10)；

两个电极结构件(2)，其分别密封可拆连接在测试件(1)的两端；所述电极结构件(2)内设有与第一测试腔体(10)连通的第二测试腔体(20)，第二测试腔体(20)内设置电极集流体。

2.如权利要求1所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述测试件(1)为筒体，所述电极结构件(2)与测试件(1)连接的一端为管状，所述第二测试腔体(20)贯穿所述电极结构件(2)与测试件(1)连接的一端。

3.如权利要求2所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述第一测试腔体(10)的内径大于电极结构件(2)的外径；

所述第一测试腔体(10)的内壁面设有第一螺纹；所述电极结构件(2)的外表面设有与第一螺纹相适配的第二螺纹。

4.如权利要求2所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述测试件(1)的外径小于第二测试腔体(20)的内径；

所述测试件(1)的外表面设有第三螺纹；所述第二测试腔体(20)内壁面设有与第三螺纹相适配的第四螺纹。

5.如权利要求1或2所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述测试件(1)和两个电极结构件(2)中，至少一个的外表面固定设有夹持限位部(5)。

6.如权利要求1所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述电极结构件(2)上设有与所述电极集流体电连接的连接触点(6)。

7.如权利要求1所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

两个电极结构件(2)的第二测试腔体(20)内均设置导电垫片(3)；或，

其中一个电极结构件(2)的第二测试腔体(20)内设置导电垫片(3)。

8.如权利要求7所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述导电垫片(3)靠近测试件(1)的一面上设置有导电弹性片(4)。

9.如权利要求8所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述导电垫片(3)为不锈钢垫片，所述导电弹性片(4)为弹簧。

10.如权利要求9所述的电化学性能测试装置，其特征在于：

所述弹簧为宝塔弹簧。