CN201392389Y

CN201392389Y - 一种模拟电池

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Publication number: CN201392389Y
Application number: CN200820212220U
Authority: CN
Inventors: 王涌; 车希龙; 张涛; 雷磊; 李萍
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2018-09-24

Abstract

一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板(3)、负极片板(4)，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体(1)及透明盖板(2)；所述正极片板(3)、负极片板(4)、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极(5)、负极(6)，正极片板(3)、负极片板(4)分别与正极(5)、负极(6)电连接，所述负极片板(4)、正极极片(3)固定在所述壳体(1)上，负极片板(4)、正极片板(3)不相接触。该模拟电池可以模拟真实电池的工作状况，而且该模拟电池由于设置了透明盖板，便于对测试中的电芯内部情况进行实时观测。此外，由于该装置便于拆装，所以可以重复利用，从而达到了节省成本的目的。

Description

一种模拟电池

技术领域

本实用新型涉及模拟电池装置。

背景技术

我们经常需要对电池的各项性能进行测试。尤其随着电子工业和信息产业的迅速发展，人类对电产品的电源要求越来越高，而二次电池广泛用作电产品的电源，因此二次电池成为广大科研工作者的研究对象。人们对二次电池的研究主要集中在二次电池的正、负极原材料、隔膜、电解液以及电芯的制作工艺的研究。而一种新的电芯材料或电芯的制作工艺要想得到应用，则需要对成品电池进行大量的电性能测试。目前，人们主要是直接在生产线上制作成品电芯来测试电池的各项电性能，以达到验证电芯材料和电芯制作工艺的目的。但是直接在生产线上制作成品电芯，由于是批量生产，所以需要大量的实验原材料，制作周期长，从而拖延了生产，浪费了生产成本。此外，由于成品电芯的金属外壳都是焊接到电芯上去的，所以要想拆分电芯以对测试后的电芯内部的电极材料进行研究比较困难，而且，由于电池壳为密闭、非透明的壳体，所以无法实时观察电池内反应情况，如电极片在不同阶段枝晶生长情况，不利于研究电池工作时的内部情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便于观察电池内部情况的模拟电池。

本实用新型提供一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板、负极片板，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体及透明盖板；所述正极片板、负极片板、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极、负极，正极片板、负极片板分别与正极、负极电连接，所述负极片板、正极片板固定在所述壳体上，负极片板、正极片板之间不相接触。采用本实用新型提供的模拟电池，可以通过透明盖板观察电池在实验环境中内部变化，通过将电极片板置于该装置中而实现实时观测电池内部情况的目的。而且由于该装置便于拆卸，所以便于对测试后的电芯内部的电极材料进行研究，为电极材料的充放电机理的研究提供了便利。此外，由于该装置便于拆装，所以可以重复利用，从而达到了节省成本的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中所提供的模拟电池装置的装配示意图；

图2为本实用新型实施例1中所提供的模拟电池装置的剖视图；

图3为本实用新型实施例2中所提供的模拟电池装置的装配示意图；

图4为本实用新型实施例2中所提供的模拟电池装置的剖示图；

具体实施方式

本实用新型提供一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板3、负极片板4，电解液；电池外壳包括一开口的长方体形的壳体1及透明盖板2，所述正极片板3、负极片板4、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极5、负极6，正极片板3、负极片板4分别与正极5、负极6电连接，所述负极片板4、正极极片3固定在所述壳体1上，负极片板4、正极片板3之间有间距。

壳体1是由四侧面和一底面组成的绝缘壳体，壳体材料可以是耐酸耐碱的工程塑料壳体，优选情况下选用聚四氟乙烯材料作为壳体材料，聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。中文商品名“铁氟龙”、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。能在+250℃至-180℃的温度下长期工作，一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。因为聚四氟乙烯材料具有优异的耐腐蚀性能，且工作温度在电池安全工作范围之内，所以选用聚四氟乙烯材料作为模拟电池壳体材料。所述壳体1的壁厚可以为3-5mm，优选为3.5-4mm，壳体的长度为170-220mm宽度为32-52mm高度为75-85mm。

所述透明盖板2用于将外壳1观察电池内部情况，由于电池在充放电的过充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，为了能够在模拟电池真实工作条件下，实时观察枝晶的生长情况，充放电过程中电极片板的气体产生情况，所以盖板为透明盖板。所述透明盖板2可以由透明、耐酸、耐碱的材料构成，优选情况下选择石英玻璃。透明盖板的尺寸与壳体的底面的尺寸相同，透明板的厚度为5mm。

正极片板和负极片板均有基材和涂覆面构成，其中涂覆面设置于正极片板与负极片板相对的的两个面上，涂覆面的厚度为0.1-0.2mm。

正极片板、负极片板、电解液容纳于外壳中，正极片板的组成为本领域技术人员公知。一般来说，正极片板包括导电基体及涂覆在导电基体(也叫集电体)上的正极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员公知，如导电基体可选自铝片；所述的正极活性材料为本领域技术人员公知，它包括正极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质可以选自锂离子电池领域中公知的正极活性物质，如LiCoO₂，LiFePO₄，LiMnO₂等，所述粘合剂也为本领域技术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)等，一般来说，粘合剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％，所述正极活性材料还可以包括正极助剂，正极助剂的种类和含量为本领域技术人员公知，正极助剂选自导电剂，如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种，其含量为正极活性物质的0-15重量％，优选为0-10重量％。

负极片板的组成为本领域技术人员公知，一般来说，负极片板包括导电基体及涂覆和/或填充在导电基体上的负极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员公知，如导电基体选自铜片；所述负极活性材料为本领域技术人员公知，它包括负极活性物质和粘合剂，所述负极活性物质可以选自锂离子电池常用的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨等。所述粘合剂也为本领域技术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇等，一般来说，粘合剂的含量为负极活性物质的0.01-10重量％，优选为1-9重量％。

壳体1内的底面上设有与电极片板形状相匹配的卡槽，卡槽的深度为5-10mm装配时将上述正极片板3、负极片板4放入卡槽内，卡槽之间有间距，从而避免了两极片板因接触而发生的短路，卡槽之间的距离为1-2mm。

为使盖板与壳体的连接紧密，密封完全，在盖板与壳体之间设有密封胶圈、压实，所采用的密封胶圈为本领域常用的密封胶如：硅胶、橡胶。也可以采用在壳体与盖板接触面上设置螺纹孔，在盖板相应的位置设置连接孔，然后通过，螺母将盖板与壳体连接，为了进一步提高密封程度，可以在盖板与壳体的接触面上用涂覆密封胶。

所述的电解液为本领域所通用的电解液，如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)(99.5％，H₂O的质量分数小于5×10^-5，(张家港国泰华荣化工)、LiPF₆锂盐(99.9％，日本森田化学有限公司)，配制成1mol/L LiPF₆/(EC+DEC)(质量比为1∶1)、1mol/L LiPF₆/(EC+DMC)(质量比为1∶1)、1mol/L LiPF₆/(EC+DEC+DMC)(质量比为1∶1∶1)的溶液。

本发明中，可以在外壳上设置有一个正极、一个负极，正极片板、负极片板分别设有螺纹凹槽，正极、负极分别为铝制和铜制的长螺母，将正极、负极螺母分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，即可实现电导通。螺母上设有硅胶密封圈，以保证装置的密封效果。

本发明中所提供的模拟电池，还可以是在外壳上设置有两个正极、两个负极，正极片板、负极片板分别设有螺纹凹槽，正极、负极分别为铝制和铜制的长螺母，将正极、负极螺母分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，即可实现电导通。还可以在螺母上设有硅胶密封圈，以提高装置的密封效果。

上面提到的模拟电池还可以包括两根弹簧连接片。

下面的实施例对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

本实施例说明本实用新型提供的模拟电池装置。

如图1所示模拟电池，一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板3、负极片板4，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体1及透明盖板2；所述正极片板3、负极片板4、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有一个正极5、一个负极6，正极片板3、负极片板4分别与正极5、负极6电连接，所述负极片板4、正极极片3固定在所述壳体1上，负极片板4、正极片板3不相接触。制备模拟电池包括以下几个步骤：

(1)正极的制备

将100份重量的正极活性物质LiCoO₂、5份重量的导电剂乙炔黑、5份重量的粘结剂PVDF加入到50份重量的NMP中均匀混合，然后将其均匀地涂覆在尺寸为170×60×20毫米的铝片上的尺寸为150×50毫米的面上，并将其放入真空烤箱内经120℃烘烤干燥后，获得正极片板，该正极片板上的正极活性物质LiCoO₂含量为6.4克。

(2)负极的制备

将100份重量的负极活性物质人造石墨、9份重量的粘结剂PVDF加入到50份重量的NMP中均匀混合，然后将其均匀地涂覆在尺寸为170×60×20毫米的铜片上的尺寸为152×52毫米的面上，并将其放入真空烤箱内经120℃烘烤干燥后，负极片上的负极活性物质人造石墨含量为2.85克。

(3)模拟电池的制备

将(1)得到的负极片板、(2)得到的正极片板分别装入壳体1内的卡槽内，分别用正极、负极的螺母与正极片板、负极片板的螺纹凹槽连接，每个凹槽的深度均为20mm，螺纹直径为5mm，正、负极螺母的长度为25mm，直径为5mm。加入电解液(1mol/L LiPF₆/(EC+DEC+DMC)(质量比为1∶1∶1)的溶液)，将玻璃盖板安装于外壳开口处，在玻璃盖板与壳体接触处用密封胶进行密封，其中玻璃盖板的尺寸为：200×50×5毫米，壳体的尺寸为200×50×80毫米，壳体的厚度为5毫米，密封胶的厚度为3mm。

经过上述步骤，得到模拟电池样品A1，按照上述的方法制备样品50个。

实施例2

按照实施例1的方法制备模拟电池，不同的是，在外壳上设置有两个正极，两个负极，正极、负极与正极片板、负极片板两端上设有的螺纹凹槽连接，实现电导通。

最终获得模拟电池样品A2，按照上述的方法制备样品50个。

对比例1

按照实施例1中所采用的正极材料、负极材料、电解液，按照通常锂离子电池制备方法，制备电池样品C1，按照上述的方法，制备电池样品50个。

实施例3

本实施例用来测试实施例1-2所制备的模拟电池的各项性能。

电性能测试的项目包括：电池化成后漏液电池数、电池循环后漏液电池数、电池循环后容量维持率、电池高温储存后漏液电池数、电池高温储存后容量维持率和电池高温储存后容量恢复率。其中，循环测试的测试结果列于表1中，高温储存测试的测试结果列于表2中。

测试方法如下：

对上述50个电池进行化成，化成方法如下：23℃条件下，分别将电池以0.4C电流慢充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，然后再以0.2C的电流放电至3.0伏。

任取化成后的25个电池进行循环测试，测试方法如下：23℃条件下，分别将电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟；电池以1C电流放电至3.0伏，搁置5分钟。按照上述步骤共循环100次。

循环后容量维持率＝(第n次循环放电容量/首次循环放电容量)×100％；

其中，n为循环放电的次数。

对剩下的25个电池进行高温储存测试，测试方法如下：第一步，23℃条件下，分别将电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电，截止电流为0.05C；第二步，将充满电的电池放置于85℃的环境中48小时；第三步，23℃条件下，将储存后的电池以1C电流放电至3.0伏；第四步，23℃条件下，将放电后的电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟，电池以1C电流放电至3.0伏，搁置5分钟。按第四步的步骤循环3次。

储存后容量维持率＝(储存后电池剩余容量/储存前电池容量)×100％；

储存后容量恢复率＝(储存后第三次循环的放电容量/储存前电池容量)×100％。

电性能测试的项目包括：电池循环后容量维持率、电池高温储存后容量维持率和电池高温储存后容量恢复率。其中，循环测试的测试结果列于表1中，高温储存测试的测试结果列于表2中。

对比例2

本对比例用来测试对比例1所制备的电池样品的各项性能，其中，测试方法与实施例3中所述的测试方法相同。

表1

实施例编号	实施例1	实施例2	对比例1
实施例编号	实施例1	实施例2	对比例1	循环10次后平均容量维持率	98.3％	98.1％	98.0％
循环50次后平均容量维持率	97.2％	97.1％	97.5％	循环10次后平均容量维持率	98.3％	98.1％	98.0％
循环50次后平均容量维持率	97.2％	97.1％	97.5％	循环100次后平均容量维持率	96.6％	97.8％	97.1％

表2

实施例编号	实施例1	实施例2	对比例1
实施例编号	实施例1	实施例2	对比例1	储存后平均容量维持率	68.9％	66.8％	69.1％
储存后平均容量恢复率	75.8％	76.3％	76.2％	储存后平均容量维持率	68.9％	66.8％	69.1％

从表1、表2中可以看出，比较实施例1和对比例1，采用本实用新型提供的装置对电芯的各项电性能进行测试，其测试结果与将电芯制成电池的测试结果基本一致，所以本实用新型提供的模拟电池装置可以完全模拟电池的工作环境，对电池的各项电性能进行测试，而且可以通过本实用新型所提供模拟电池方便的观察电池在工作时的内部情况。

Claims

1、一种模拟电池，其特征在于包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板(3)、负极片板(4)，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体(1)及透明盖板(2)；所述正极片板(3)、负极片板(4)、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极(5)、负极(6)，正极片板(3)、负极片板(4)分别与正极(5)、负极(6)电连接，所述负极片板(4)、正极极片(3)固定在所述壳体(1)上，负极片板(4)、正极片板(3)不相接触。

2、如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于在所述壳体(1)包括四侧面，一底面，在底面上设置有两个与电极片板形状匹配的卡槽，卡槽之间有间距，负极片板(4)、正极片板(3)固定在卡槽内。

3、如权利要求2所述的模拟电池，其中，所述的卡槽间距为1-2mm。

4、如权利要求1所述的电池，其中，正极片板、负极片板均由基材和涂覆面构成，所述涂覆面设置于正极片板与负极片板相对的两个面上，其中基材的高度为60mm长度为170mm宽度为20mm涂敷面的厚度为0.1-0.2mm。

5、如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于，在外壳上设置有一个正极、一个负极。

6、如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述电池还包括，两根弹簧连接片，正极片板、负极片板上分别设有螺纹凹槽，正极为铝制螺母、负极为铜制的螺母，将正极、负极分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，实现电导通，螺纹凹槽的深度为20mm，螺纹的直径为5mm，正极、负极的螺母的长度为25mm，直径为5mm。

7、如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于在外壳上设置有两个正极、两个负极。

8、如权利要求7所述的模拟电池，其特征在于，正极片板、负极片板上分别设有螺纹凹槽，正极为铝制螺母、负极为铜制的螺母，将正极、负极分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，实现电导通，螺纹凹槽的深度为20mm，螺纹的直径为5mm，正极、负极的螺母的长度为25mm，直径为5mm。

9、如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于，壳体的壁厚为3-5毫米，壳体的长度为170-220mm宽度为32-52mm高度为75-85mm。

10、如权利要求1所述的模拟电池，其中透明盖板(2)的尺寸与壳体(1)的底面的尺寸相同，厚度为5mm。

11、如权利要求10所述的模拟电池，其特征在于所述透明盖板为玻璃盖板。