CN208460908U - 用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池 - Google Patents
用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，包括外壳以及包覆在外壳内部的电芯和参比电极，所述参比电极位于靠近所述电芯的正极极耳或负极极耳的一侧，且与电芯之间存在1mm‑5mm的距离。本实用新型具有结构简单，组装方便，可以快速分别测试出正负极的电化学活性界面面积，方法简便，数据可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池测试设备技术领域，特别是涉及一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，专用于测量锂离子电池电极的电化学活性比表面积的装置，该测试装置以不同的正负极材料作为实验对象，测试得到双电层电容值，从而通过计算得到电化学活性比表面积，方法简便，数据可靠。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、工作电压稳定、安全性能好、循环寿命长、无记忆效应等优点，受到各国企业和研究工作者的广泛关注，被认为是综合性能最好的电池体系。
近年来随着便携电子产品的发展和对电动汽车的迫切需求，使得高能量密度电池及其相关材料的研究成为了国内外科学研究的热点。其中，正负极材料的研究成为提高电池性能的关键。在研究电极材料的性能过程中，通常测试电极材料的电化学性能，电极的电化学活性比表面积就是一个常用的参数，对于电化学活性比表面积的测定，有利于电芯研发以及电池产业的总体发展。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，利用简便方法，快速获得准确的正负极电极电化学活性比表面积。该三电极电池可以同时测定正负极的双电层电容，从而得到正负电极的电化学活性比表面积，方法简便，数据可靠。
本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，包括外壳以及包覆在外壳内部的电芯和参比电极，所述参比电极位于靠近所述电芯的正极极耳或负极极耳的一侧，且与电芯之间存在1mm-5mm的距离，保证参比电极具有稳定的电位。
具体的，所述参比电极包括参比极耳和锂片，且所述参比极耳和锂片之间通过铜丝连接。
进一步，所述锂片对折夹在所述铜丝的尾端。由于锂片具有较好的柔软性，因此，采用对折夹紧的方式固定在铜丝尾端，另外，锂片在空气中或者高温下很容易反应，因此不适合焊接，只是简单对折，保证和铜丝接触即可。
具体的，所述参比极耳为镀镍极耳。
具体的，所述锂片的形状为圆形、椭圆形或多边形。锂片的形状只要能够满足测试的要求即可，也不限于上述给定的形状。
优选的，所述锂片的厚度为20μm-100μm，优选为60μm。锂片厚度可根据电池的规格进行设置。
优选的，所述铜丝的长度为50mm-100mm。铜丝的长度需要与电池的尺寸匹配。
具体的，所述电芯包括依次设置的隔膜、正极片、隔膜、负极片和隔膜，所述正极极耳与正极片电连接，所述负极极耳与负极片电连接。
优选的，所述外壳采用铝塑膜制作而成。
进一步，所述电芯与外壳之间注有20g～25g的电解液。所述电芯封装至铝塑膜后注入20g～25g的电解液。
电池采用的是叠片软包电芯，装配时，在正极极耳(也可在负极极耳)一侧加入一个焊接了铜丝的镀镍参比极耳并在铜丝的末端夹一片锂片作为参比电极，在电池中，使用隔膜包住锂片，并用绝缘胶带固定好，使用铝塑膜装配好之后，加入超过极片浸泡实验所需电解液2g左右。通过正常的化成、抽气、二封、定容流程，得到三电极电池，在铝塑膜封口过程中控制抽气时间30～60s，控制真空度-80～-100kPa。
测试循环伏安曲线时，电流线接电池正负极，电压线接正极及参比电极。本实用新型采用的三电极体系，一方面使用锂片作为参比电极，可以分解出电池正负极对锂片的电压，可以对正负极的电压分别进行分析，使得分析更具有准确性；同时，可以利用参比电极测试出正负极的双电容，利于双电容可以计算出正负极的电化学活性界面面积。具有结构简单，组装方便，可以快速分别测试出正负极的电化学活性界面面积，方法简便，数据可靠。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，通过加入锂片作为参比电极，可以将电池正负极的电化学行为分解开，可以快速准确的测定正负极的双电层电容。操作简便，方法快速可靠，本实用新型可以直接测定正负极的电化学行为，相比于传统的扣电组装测试，要更加的方便快速。在电芯卷绕过程中包裹三层隔膜，可以很好的防止电池发生内短路，以及防止锂参比电极与电极片接触发生短路，对锂片产生不可逆的消耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型最佳实施例的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是电芯的剖面结构示意图；
图中：1、正极极耳，2、负极极耳，3、参比极耳，4、锂片，5、铜丝，6、电芯，6-1、正极片，6-2、负极片，6-3、隔膜，7、外壳。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1-图3所示，本实用新型的一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，包括外壳7以及包覆在外壳7内部的电芯6和参比电极，外壳7采用铝塑膜制作而成，所述参比电极位于靠近所述电芯6的正极极耳1或负极极耳2的一侧，本实施例为正极极耳1一侧，且与电芯6之间存在1mm-5mm的距离，不直接接触，保证参比电极具有稳定的电位。
电芯6采用的是叠片软包电芯6，包括依次叠片的隔膜6-3、单面涂覆正极片6-1、隔膜6-3、单面涂覆负极片6-2和隔膜6-3，极片上面涂覆有活性物质材料、导电剂和粘结剂。
所述参比电极包括镀镍参比极耳3和圆形锂片4，且所述参比极耳3和锂片4之间通过铜丝5连接。
在制备此三电极电池时，涂布单面正极及单面负极，负极片6-2略大于正极片6-1，单面正极置于外侧，在电芯6中包括含有一片隔膜6-3、单面正极片6-1、隔膜6-3、单面负极片6-2、隔膜6-3，在装配顶封时，在电芯6左侧，加一个镀镍参比极耳3，并焊接长50mm的铜丝5，用扣电使用的圆片锂片4(厚度0.5mm)对折夹在铜丝5尾端，锂片4厚度60μm。锂片4与电芯6之间有2mm的间距，避免造成电池内部短路。
电芯6封装至铝塑膜内，装配好电池之后按照加入超过极片浸泡实验所需电解液2g左右，优选注入20g～25g的电解液。通过正常的化成、抽气、二封、定容流程，得到三电极电池。在铝塑膜封口过程中控制抽气时间30～60s，控制真空度-80～-100kPa。
对电池进行循环伏安测试，在测试时，电化学工作站的电流测试线接电池的正负极，电压测试线接所测电极和参比电极，首先在20％SOC及100％SOC下进行极化曲线扫描，扫描范围为3-4.2V。根据CV曲线确定非电化学活性扫描区域，再对在非电化学活性电位区间内进行循环伏安扫描，取第二周循环数据积分求得电容。认为电流全部为双电层电容C。其推导公式如下：
∵V＝V0+vt
∴dV＝vdt
其中Q为电量，V为电压，i为电流，V0为初始电压，v为扫描速度，△V为电压变化值，t为扫描时间。
在酸性溶液中，一般的吸附在电极表面水分子所组成的双电层电容CN约为50μF/cm。
根据电化学活性比表面面积与双电层电容的关系为：
其中，S为电极总的活性面积，C为双电层电容，CN为光滑表面标准电容，在酸性溶液中一般为50μF/cm，m为活性物质质量。
扫前电压及扫速均会对测量结果带来影响，扫速较小扫前电压较高时，法拉第电流对结果的影响较大。扫速较大，扫前电压较低，电容值更加准确，由此计算的比表面积值也更加准确，根据充放电电容得到的极片真实面积远大于表观面积，而比表面积略低于活性颗粒的BET数据，因此具有可信性。
以上给出了本实用新型设计的具体的实施方式，为使用简单方法，快速获得可靠数据，本实用新型采用加入锂片4作为参比电极的三电极装置。该三电极电池装置一方面可以通过三电极电池中的电化学行为分解出电池正负极对锂片4的电化学行为，使得测试更加方便快捷，提高测试的准确度。另一方面，该三电极电池能够以各种正负极电极材料为实验对象，能够方便快速的获得准确的双电层电容值，可以同时测定正负极的双电层电容，从而计算出正负极的电化学活性比表面积。避免了对正负极分别组装扣式电池，此三电极电池结构简单，对于正负极材料进行研究，可以快速准确的获得电化学活性比表面积数据，数据可靠。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：包括外壳(7)以及包覆在外壳(7)内部的电芯(6)和参比电极，所述参比电极位于靠近所述电芯(6)的正极极耳(1)或负极极耳(2)的一侧，且与电芯(6)之间存在1mm-5mm的间距。
2.如权利要求1所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述参比电极包括参比极耳(3)和锂片(4)，且所述参比极耳(3)和锂片(4)之间通过铜丝(5)连接。
3.如权利要求2所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述锂片(4)对折夹在所述铜丝(5)的尾端。
4.如权利要求2所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述参比极耳(3)为镀镍极耳。
5.如权利要求2所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述锂片(4)的形状为圆形、椭圆形或多边形。
6.如权利要求2所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述锂片(4)的厚度为20μm-100μm。
7.如权利要求2所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述铜丝(5)的长度为50mm-100mm。
8.如权利要求1所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述电芯(6)包括依次设置的隔膜(6-3)、正极片(6-1)、隔膜(6-3)、负极片(6-2)和隔膜(6-3)，所述正极极耳(1)与正极片(6-1)电连接，所述负极极耳(2)与负极片(6-2)电连接。
9.如权利要求1所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述外壳(7)采用铝塑膜制作而成。
10.如权利要求9所述的用于测量电池电化学活性比表面积的三电极电池，其特征在于：所述电芯(6)与外壳(7)之间注有20g～25g的电解液。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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