一种大容量锂离子电池的电化学阻抗测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种电化学工作站，具体涉及一种大容量锂离子电池的电化学阻抗测试装置。

背景技术：

电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy, EIS）作为一种重要的电化学测试技术，已被广泛应用于锂离子在电极中的嵌入和脱出过程研究。其工作原理为：以小振幅的正弦波电压（或电流）为扰动信号，测量体系对扰动的跟随情况（电流-时间或相位-时间曲线），也可直接测量电极阻抗随交流信号频率变化。这种研究电极系统的方法就是交流阻抗法，又称为EIS。电化学工作站可以测出频率范围很宽的阻抗谱，以此来研究电极系统能比常规方法得到更多的动力学信息和电极界面结构信息，是研究材料储锂动力学和界面反应的重要手段；再结合等效电路，还可通过分析电池阻抗的来源判断电池失效的原因。因此，对电池进行EIS分析研究显得至关重要。

电化学工作站在锂离子电池中的应用仍较多分布在扣式电池或是小容量锂电中（Journal of Power Sources,111 (2002) 255-267;Journal of Physics Chemistry C, 113,11390-11398; Journal of Power Sources, 216,(2012),304-307），对大容量的锂电池电化学阻抗测试相对研究较少，测试条件也未完善。目前对扣式电池或小容量电池的阻抗测试夹具一般均为鳄鱼夹（如图1所示），其与电池电极极耳的接触面为锯齿形，接触面积较小。此外，电化学工作站在测试电池阻抗时通常采用两电极体系，即将参比电极RE1/RE2、辅助电极CE以及工作电极WE四条线中以RE1和CE相连、RE2和WE相连的模式，将RE2和WE连接的电极作为电压端，CE和RE1连接的电极作为电流端。再将这两两相连的电极线通过夹具连接至极耳处收集信号，做成两电极体系来测试电池阻抗。这样的测试方法会造成接触电阻值较大，影响到欧姆内阻的精确度，并且对电池一致性的分析判断也会造成误差。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种大容量锂离子电池的电化学阻抗测试装置，在测试容量大的全电池电化学阻抗时减小接触电阻对电池欧姆内阻的影响，同时保证电池阻抗测试和电池一致性判断的精确度。

本实用新型采用的技术方案为：

一种大容量锂离子电池的电化学阻抗测试装置，包括电化学工作站，所述电化学工作站的两个参比电极、辅助电极和工作电极分别通过电极导线与锂离子电池上的电池极耳一一对应连接，并通过鸭嘴夹具将电极导线的端部与电池极耳夹持连接上。

进一步方案，所述鸭嘴夹具包括夹持臂，所述夹持臂通过轴芯与手持臂连接；所述夹持臂为平板状。

更进一步方案，所述夹持臂的材质为铜镀金。

测试时，将待测锂离子电池放入电磁屏蔽箱中；再将与电化学工作站的参比电极RE1和RE2、辅助电极CE以及工作电极WE连接的四条电极导线的端部分别用鸭嘴夹具两两夹在锂离子电池正负极极耳上,其中RE2和WE接在正极极片上，RE1和CE接在负极极片上；关上电磁屏蔽箱进行阻抗测试。

由于本实用新型采用鸭嘴夹具，其夹持臂为镀金的平板状，将电极导线和锂离子电池极耳进行夹持连接时，使每个鸭嘴夹具的夹持臂是直接与电极导线和极耳接触的，既增大了极耳与鸭嘴夹具的接触面积，又避免了电极导线两两相连接后，再通过夹具将其连接至极耳处所产生的内阻。从而极大减小了接触内阻，全电池的欧姆电阻值也相应有很大程度的降低，从而提高电化学工作站在全电池测试中的精确度。

即采用本实用新型的测试装置进行检测时，减少了接触内阻和欧姆内阻，降低测试结果不确定度，提高电化学工作站对全电池测试中的精确度，并提高电化学阻抗在电池一致性判断中的准确度。相比于现有的测试时装置中所用的鳄鱼夹具来说，大大提高了准确度，同时也为电化学工作站在全电池中的拓展提供一种简便易行的技术支持。

本实用新型的测试装置的连接方式为四根电极导线直接与四个极耳分别连接，然后用鸭嘴夹将其固定。减少各种连接带来的阻抗，同时电极导线与极耳直接接触大大增大测试数据的稳定性。

附图说明

图1为现有扣式电池测试装置中的鳄鱼夹的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型中的鸭嘴夹具的结构示意图；

图4为本实用新型的测试装置对三支同批次锂离子电池测试的电化学阻抗谱图；

图5为现有的扣式电池测试装置对三支同批次电池测试的电化学阻抗测试谱图。

图中：1-电化学工作站，2-电极导线，3-鸭嘴夹具，3.1-手持臂、3.2-轴芯、3.3-夹持臂，4-电池极耳，5-锂离子电池。

具体实施方式

如图2、3所示，一种大容量锂离子电池的电化学阻抗测试装置，包括电化学工作站1，所述电化学工作站1的两个参比电极、辅助电极和工作电极分别通过电极导线2与锂离子电池5上的电池极耳4一一对应连接，并通过鸭嘴夹具3将电极导线2的端部与电池极耳4夹持连接上。

进一步方案，所述鸭嘴夹具3包括夹持臂3.3，所述夹持臂3.3通过轴芯3.2与手持臂3.1连接；所述夹持臂3.3为平板状。

所述夹持臂3.3的材质为铜镀金。

测试时，先将锂离子电池5的极耳及电化学工作站1的测试夹具分别用2000目砂纸打磨，去除氧化层部分。将连接电化学工作站1的工作电极RE2、辅助电极WE的电极导线2的端部分别用铜镀金的鸭嘴夹具3的夹持臂3.3夹在锂离子电池5的正极的两片极耳4上；再将连接参比电极线RE1、辅助电极线CE的电极导线2的端部分别用鸭嘴夹具3的夹持臂3.3夹在锂离子电池5的负极的两片极耳4上；然后将此装置置于电磁屏蔽箱中进行测试。

对同批次的其他两支电池也做相同的电化学阻抗测试，其电化学阻抗谱图如图4所示，三支锂离子电池的欧姆内阻值相差甚微，其阻值小，反映出全电池的欧姆内阻值实际应该在2毫欧左右。因此，通过将电化学工作站测试装置的改进，对电化学阻抗谱在全电池中的精确度提升和应用程度扩展都起着相当重要的作用。

如图5所示，是采用现有扣式电池测试装置对三支同批次电池测试的电化学阻抗测试谱图，即将连接电化学工作站1的工作电极RE2、辅助电极WE的两电极导线连接后再通过鳄鱼夹夹在电池的正极耳处，再将连接参比电极线RE1、辅助电极线CE的两电极导线连接后再通过鳄鱼夹夹在电池的负极耳处。然后置于电磁屏蔽箱中进行测试这样测出三支同批次电池的欧姆内阻差异性较大，如图5所示，其左侧高频段截距，这主要是由于电极导线之间以及电极导线与夹具之间的接触内阻较大造成。

对比图4、5可知，本实用新型的测试装置提高了测试电化学阻抗谱的精确度。

本实用新型针对不同的实施方式具有各种变化，但皆不脱离本实用新型的范围，另外，其中的说明及附图仅作解释本实用新型之用，并不用于限制本实用新型。