CN220399604U - 一种新型模拟电池装置 - Google Patents

Abstract

一种新型模拟电池装置，包括正极柱、正极片、离子导电膜、负极片、负极柱、腔体外壳，两个腔体外壳之间由离子导电膜隔离开，正极柱和负极柱同轴设置且分别穿入两个腔体外壳内，负极片夹持在负极柱和离子导电膜之间，正极片夹持在正极片和离子导电膜之间，在腔体外壳和离子导电膜之间围成的腔体内填充有电解液，在腔体外壳上均布置有至少两个注液孔。通过离子导电膜隔离正极和负极，正极活性锂子可以穿过离子导电膜在正负极之间反应，保证了电池的正常充放电，而电解液和气体无法在正极腔体和负极腔体间迁移和混合，可以分别对正极和负极一侧电解液和气体进行取样分析，以实现对电池研究工作中更精确的取样分析。

Description

一种新型模拟电池装置

技术领域

本实用新型涉及电化学领域，具体涉及一种新型模拟电池装置。

背景技术

二次电池已是世界上广泛使用的一种化学“电源”，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广和原材料丰富等优点。其中，锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等新型二次电池备受青睐，在中国得到广泛应用，并已形成迅猛发展的产业。

常规二次电池一般为液态，正负极片由微孔隔膜分隔，锂离子在正负极之间来回迁移和反应电池的充放电。二次电池在充放电过程中，正极和负极界面也会发生不可逆的副反应，导致电池的性能逐步下降，同时电池内部会出现气体产物，同时电解液的成分也会逐步发生变化。电池的副反应对电池的性能影响非常大，是二次电池的热点研究内容。如专利CN201320076901.X和专利CN201910523630.X均是通过模拟电池装置对二次电池进行专门的分析研究。但是，在常规的二次电池中，正极界面处的副反应产物还会穿过微孔隔膜扩散至负极一侧，也会再次发生还原反应，生成更复杂的副反应产物。同样地，负极界面处的副反应产物也会穿过微孔隔膜扩散至正极界面再次发生氧化反应，生成更复杂的副反应产物。如果副反应的产物是气体的话同样可以在正负极间自由扩散，再次参与电极反应。这不仅造成了电池性能的进一步恶化，还造成了副产物的来源和产生过程无法准确判断，给研究工作造成了很大的困难。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种新型模拟电池装置，目的在于实现对电池研究工作中更精确的取样分析。

一种新型模拟电池装置，包括正极柱、正极片、离子导电膜、负极片、负极柱、腔体外壳，两个所述腔体外壳之间由所述离子导电膜隔离开，所述正极柱和负极柱同轴设置且分别穿入两个所述腔体外壳内，所述离子导电膜与所述正极柱、负极柱垂直设置，所述负极片夹持在所述正极柱和导电膜之间，所述正极片夹持在所述负极柱和离子导电膜之间，所述负极片夹持在所述正极片和离子导电膜之间，在所述腔体外壳和所述离子导电膜之间围成的腔体内填充有电解液，在所述腔体外壳上均布置有至少两个注液孔；

所述正极柱、正极片、离子导电膜、负极片和负极柱径向夹持在夹紧装置上，相应的腔体外壳套设在正极柱和负极柱上，在所述正极柱和负极柱上均螺纹配合有锁紧螺帽，采用密封胶对所述腔体外壳和极柱之间进行密封并旋紧两个锁紧螺母，完成两个腔体外壳与离子导电膜的密封，所述锁紧螺帽抵接在所述腔体外壳上，腔体外壳、正极柱、正极片和离子导电膜之间形成的密封空间为正极腔，腔体外壳、负极柱、负极片和离子导电膜之间形成的密封空间为负极腔。

进一步为：所述夹紧装置包括底板和两个竖板，这两个竖板分别固定连接在所述底板的两端，在这两个竖板的上端均设置有L型卡槽，两个竖板上的L型卡槽相向设置并分别卡接在所述正极柱的外端底部和所述负极柱的外端底部。

进一步为：所述离子导电膜包括固态电解质层和基膜，所述基膜为微孔聚合物膜且其厚度为8μm ~40μm，保证一定的强度需要。

进一步为：所述固态电解质层为固态或凝胶态，由于固态电解质层的离子电导率不如液态电解液高，所述固态电解质层的厚度大于0.2μm且小于5μm。

进一步为：所述正极柱具有良好的导电性，优选的材质为铝或不锈钢。

进一步为：所述负极柱具有良好的导电性，优选的材质为铜或镍或不锈钢。

进一步为：所述腔体外壳优选为聚四氟乙烯材质。

本实用新型的有益效果：通过离子导电膜隔离正极和负极，正极活性锂子可以穿过离子导电膜在正负极之间反应，保证了电池的正常充放电，而电解液和气体无法在正极腔体和负极腔体间迁移和混合，可以分别对正极和负极一侧电解液和气体进行取样分析，以实现对电池研究工作中更精确的取样分析。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1、正极柱；2、负极柱；3、正极片；4、负极片；5、离子导电膜；6、腔体外壳；7、注液孔；8、锁紧螺帽；9、夹紧装置；91、底板；92、竖板；921、L型卡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细说明。下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本实用新型实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

一种新型模拟电池装置，如图1所示，包括正极柱1、正极片3、离子导电膜5、负极片4、负极柱2、腔体外壳6，两个所述腔体外壳6之间由所述离子导电膜5隔离开，所述正极柱1和负极柱2同轴设置且分别穿入两个所述腔体外壳6内，所述离子导电膜5与所述正极柱1、负极柱2垂直设置，所述负极片4夹持在所述负极柱2和离子导电膜5之间，所述正极片3夹持在所述正极柱1和离子导电膜5之间，在所述腔体外壳6和所述离子导电膜5之间围成的腔体内填充有电解液，在所述腔体外壳6上均布置有至少两个注液孔7。所述正极柱1具有良好的导电性，优选的材质为铝或不锈钢；所述负极柱2具有良好的导电性，优选的材质为铜或镍或不锈钢；所述腔体外壳6为一端敞口的筒型结构，所述正极柱1或负极柱2插接在所述腔体外壳6的另一端端面上，所述腔体外壳6优选为聚四氟乙烯材质。

其中，在所述正极柱1和负极柱2上均螺纹配合有锁紧螺帽8，所述锁紧螺帽8抵接在所述腔体外壳6上，所述正极柱1、正极片3、离子导电膜5、负极片4和负极柱2径向夹持在夹紧装置9上。所述夹紧装置9包括底板91和两个竖板92，这两个竖板92分别固定连接在所述底板91的两端，在这两个竖板92的上端均设置有L型卡槽921，两个竖板92上的L型卡槽921相向设置并分别卡接在所述正极柱1的外端底部和所述负极柱2的外端底部。

所述离子导电膜5包括固态电解质层和基膜，所述基膜为微孔聚合物膜且其厚度为8μm ~40μm，保证一定的强度需要。所述固态电解质层为固态或凝胶态，由于固态电解质层的离子电导率不如液态电解液高，同时固态电解质层需要阻隔液体和气体的通过，所述固态电解质层的厚度大于0.2μm且小于5μm。

本实用新型组装、测试以及取样分析过程如下，以锂离子电池为例，组装过程在充满氩气的手套箱内完成：

组装：

1.准备，裁取直径为5cm的锂离子正极片以及锂离子负极片，准备直径为5cm的正极柱和负极柱，裁取直径为11cm的锂离子导电膜，腔体外壳的敞口外径10cm；

2.主体组装，按正极柱，正极片，离子导电膜，负极片，负极柱的顺序，对齐压紧，放入夹紧装置上夹紧。其中，离子导电膜中基膜的厚度为8μm或者为40μm，或者为20μm；而，离子导电膜中固态电解质层的厚度为0.2μm，或者为5μm，或者为3μm。

3.腔体外壳组装，将相应的腔体外壳套设在正极柱和负极柱上，使腔体外壳夹紧离子导电膜，采用密封胶对所述腔体外壳和极柱之间进行密封并旋紧两个锁紧螺母，完成两个腔体外壳与离子导电膜的密封。

4.打开腔体外壳的两个注液孔，分别加入5ml电解液后用塞子密封好，模拟电池组装完成。

测试：

组装完成后，将正极柱和负极柱连接至测试设备进行相关的充放电测试。

取样分析：

测试完成后，将本实用新型放入充满氩气的手套箱中，可以使用针管分别抽取所需的正极腔内气体、正极腔内液体、负极腔内气体、负极腔内液体进行测试分析，取样可根据研究的需要在电池的不同状态下多次进行。其中，腔体外壳、正极柱、正极片和离子导电膜之间形成的密封空间为所述正极腔，腔体外壳、负极柱、负极片和离子导电膜之间形成的密封空间为所述负极腔。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种新型模拟电池装置，包括正极柱、正极片、离子导电膜、负极片、负极柱、腔体外壳，其特征在于：两个所述腔体外壳之间由所述离子导电膜隔离开，所述正极柱和负极柱同轴设置且分别穿入两个所述腔体外壳内，所述离子导电膜与所述正极柱、负极柱垂直设置，所述负极片夹持在所述正极柱和导电膜之间，所述正极片夹持在所述负极柱和离子导电膜之间，所述负极片夹持在所述正极片和离子导电膜之间，在所述腔体外壳和所述离子导电膜之间围成的腔体内填充有电解液，在所述腔体外壳上均布置有至少两个注液孔；

所述正极柱、正极片、离子导电膜、负极片和负极柱径向夹持在夹紧装置上，相应的腔体外壳套设在正极柱和负极柱上，在所述正极柱和负极柱上均螺纹配合有锁紧螺帽，采用密封胶对所述腔体外壳和极柱之间进行密封并旋紧两个锁紧螺母，完成两个腔体外壳与离子导电膜的密封，所述锁紧螺帽抵接在所述腔体外壳上，腔体外壳、正极柱、正极片和离子导电膜之间形成的密封空间为正极腔，腔体外壳、负极柱、负极片和离子导电膜之间形成的密封空间为负极腔。

2.根据权利要求1所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述夹紧装置包括底板和两个竖板，这两个竖板分别固定连接在所述底板的两端，在这两个竖板的上端均设置有L型卡槽，两个竖板上的L型卡槽相向设置并分别卡接在所述正极柱的外端底部和所述负极柱的外端底部。

3.根据权利要求1所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述离子导电膜包括固态电解质层和基膜，所述基膜为微孔聚合物膜且其厚度为8μm ~40μm。

4.根据权利要求3所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述固态电解质层为固态或凝胶态，所述固态电解质层的厚度大于0.2μm且小于5μm。

5.根据权利要求1所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述正极柱为铝或不锈钢。

6.根据权利要求1所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述负极柱为铜或镍或不锈钢。

7.根据权利要求1所述的一种新型模拟电池装置，其特征在于：所述腔体外壳为聚四氟乙烯材质。