一种可对金属空气扣式电池进行测试的装置的制作方法

本发明涉及对金属空气扣式电池进行电化学测试用设备领域，特别是对于金属氧气电池及金属二氧化碳电池的电极材料进行电化学测试与表征。

背景技术：

锂离子电池广泛应用于新能源汽车及可移动便携式电子设备，但锂离子电池的容量受电极材料的限制达不到人们对高容量高性能的可充放电电池的需求，新型金属空气电池(包括氧气及二氧化碳电极)可以弥补锂离子电池容量不高的缺点。但目前金属空气电池的研究还在初始阶段，尚未达到大规模工业化应用的程度。由于金属空气电池所涉及的电极反应及其复杂，为了弄清金属空气电池的反应机理，科学研究通常在特定气氛下，而不是直接在空气中进行。实验室一般是采用swagelok型模具对金属空气电池的电极材料在特定气氛下进行研究。swagelok型模具组装较为复杂且一次只能对单一电极材料进行测试。另一种方式是利用测试箱将带孔的扣式电池放置于其中对电极材料进行研究。目前市场上销售的测试箱体积庞大，通常利用航空插头将电极引出测试箱，航空插头通常由粘结剂进行密封，不适用于在酸碱及有机溶剂条件下长期使用。相关的专利有公告号为cn207457455u的中国实用新型专利，公开了“一种金属空气电池用测试箱”,其中箱体结构为有机玻璃结构，使用航空插头将电极引出测试箱。另公告号为cn206292647u的中国实用新型专利，公开了“一种可控制金属空气电池电化学性能测试气氛的装置”，其中测试腔体为玻璃瓶，瓶口通过法兰密封，电极通过电极连接在法兰上的开孔穿出并用密封胶密封。以上两种专利均利用电池夹具来放置扣式空气电池，通过焊接及电线将电池夹具连接到外电路，电池夹具及焊接点在长期使用的过程中容易磨损而引起断路。综上所述，金属空气扣式电池测试箱需要进一步改进，需要一种结构简单，气密性高、拆卸维护方便，体积小，适于长期使用的测试装置。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供一种测试装置，其结构简单，拆卸维护方便，体积小，不使用焊接及密封胶，适用于对单个或多个金属空气扣式电池进行电化学测试，同时该装置也适用于对金属扣式离子电池的研究。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：构建可对金属空气扣式电池进行电化学测试的测试装置，其中可密闭的箱体包括上下两部分，测试箱底座和测试箱上座，通过o-型密封圈进行密封，同时三个相同的螺钉将通过测试箱底座螺栓孔和测试箱上座螺栓孔将测试箱主体固定；测试箱底座前方有正极连接口，测试箱上座前方设有负极连接口，两个接口均设有圆柱形或六边柱形凹槽，用于和另配备的香蕉插头进行连接到外电路，通过电化学工作站精确控制电流和电压；正极连接口通过扣式电池托与扣式电池正极进行连接；负极连接口通过负极连接柱与固定在扣式电池托中的扣式电池负极进行连接；测试箱上座两侧边设有气体通道进口和气体通道出口，进口和出口位置可以互换，气体通过气体通道进口和气体通道出口对测试箱内的气体进行交换，可以通过外置阀门关闭气路。

上述的箱体，为聚醚醚酮或聚苯硫醚，可在密闭的空间为提供气体流通提供通路，通过关闭外置阀门，可提供气体存贮的空间，适用于金属空气电池，金属二氧化碳电池及金属离子电池的电化学测试，通过0-型密封圈进行密封。

上述的扣式电池托，为铜或316l不锈钢所制，其位于测试箱体上座内，仅与金属空气扣式电池的正极电池壳相接触，扣式电池托中间开有孔洞，测试箱内的气体可以通过该孔洞与金属空气扣式电池的正极材料进行物质交换，箱体内可具有一个或多个可安装扣式电池托的卡位，本发明以测试装置主体内设置四个扣式电池托为例进行说明，通过对测试装置大小的改变，可以放置不同个数的扣式电池托，同时对于放置多个电池托的情况，可以同时进行任意少于或等于电池托的个数的扣式电池的测试。

上述的负极连接柱与金属空气扣式电池负极相接触，负极连接柱的高度可以通过内置弹簧进行调节，以适应不同厚度的金属空气扣式电池的测试。

上述的正极连接口与负极连接口，适合插入2mm香蕉插头与外电路连接，可对被测试装置进行电流电压的时时调控，所有连接采用面面接触，减小电阻，稳定电信号。

上述的气体通道进口和气体通道出口，位于箱体的两侧壁，高度与电极材料相近，采用压合接头的形式进行密闭，做为气体交换设备，用于气体进口出口，排空箱体内部空气并填充所需要气体。在不需要气体流动的情况下，气体通道进口和气体通道出口可以被外接阀门关闭。

本发明的有益效果是，测试箱体采用聚醚醚酮或聚苯硫醚材料，适用于恶劣的测试环境，测试装置体积小，使得箱体内容易形成稳定的金属空气扣式电池测试的特定氛围，构成整个测试装置的零部件通过螺纹连接密封圈/垫及密封压环进行密封，容易拆卸清洗维护及长期使用，电极连接柱及扣式电池座之间均采用大面积面-面接触，有利于降低电阻，稳定电化学信号。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本专利所涉及的测试装置的示意图；

图2为本专利所涉及的测试箱下座的示意图；

图3为图2中负极连接柱的示意图；

图4为本专利所涉及的测试箱上座的示意图；

图5为图4中扣式电池托示意图；

图中01.测试箱底座,02.测试箱上座,03.气体通道进口,04.气体通道出口,05.正极连接口,06.负极连接口,07.箱体密封圈槽,08.扣式电池托,09.扣式电池托固定螺栓,10.负极连接柱,11.测试箱底座螺栓孔12.测试箱上座螺栓孔。

具体实施方式

【实施例1】

如图1,图2和图4所示，本发明所涉及测试装置外部主体由测试箱底座01和测试箱上座02构成，测试箱上座02的两边设有气体通道进口03和气体通道出口04，进口和出口位置可以互换，测试箱上座02前方有正极连接口05，测试箱底座01前部设有负极连接口06，两个接口处均有圆柱形或六边柱形凹槽，用于和另配备的香蕉插头进行连接，香蕉插头和外置电化学工作站连接，用于精确控制电流和电压。正极连接口05由不锈钢构成，向内和扣式电池托08(图5)连接，同时和扣式电池托固定螺栓09一起对扣式电池托08起到固定作用。测试装置主体内可以设置一个或多个扣式电池托08，图1,图2和图4的示意图中给出的是包含有四个扣式电池托的例子。负极连接口06由不锈钢构成，向内和负极连接柱10(图3)连接，负极连接柱10的高度可以通过其内部的弹簧调节。

气体通道进口和出口处均采用压合接头的形式，通过气体进口/出口处的螺钉和聚合物压环进行密闭，当气体进口/出口处的螺钉拧紧时，聚合物压环被压合到气体通路上，为气体有效进出测试装置提供保证。测试箱底座01和测试箱上座02由置于箱体密封圈槽07内的o-型密封圈进行密封，同时三个相同的螺钉将通过测试箱底座螺栓孔11和测试箱上座螺栓孔12将测试箱主体固定。正极连接口05采用外螺纹的形式与测试箱上座02进行连接，正极连接口05前端与测试箱上座02接触处，放置有聚四氟乙烯垫片进行密封。负极连接口06采用相同的连接及密封方式。扣式电池托08的上边沿与测试箱上座02的顶部内壁有1毫米的距离以便于气体的通过。

使用时，按上述连接方式将箱体各部件组装，将0-型密封圈放置于箱体密封圈槽07内，然后在手套箱内或适宜的环境中将已组装好的扣式电池正极向上安装在扣式电池托08上，测试箱上座02连同扣式电池(负极向上)正置于操作台上，将测试箱底座01与测试箱上座02对齐，用螺钉将两者固定。气体通道进口03与气体通道出口04通过1/16”外径的聚醚醚酮管路和配套的气管和阀门连接，将阀门气路关闭，使得测试箱体内形成相对封闭的空间。将测试装置从手套箱/特点环境中移出后，将所需要气体连接到气体通道进口03，打开气路上的阀门，在正极连接口05和负极连接口06处连接到外电路，即实现对扣式电池在特定气氛中的电化学测试，测试时可根据需要关闭气体交换设备或持续不断的让气体流通。

根据需要，可以对单个扣式电池进行测试，也可以同时对多个扣式电池进行测试。

【实施例2】

本发明所述装置也可对扣式金属离子电池进行电化学测试，使用时，按实施例1中所述对装置进行安装，使用时，将气体通道进口03与气体通道出口04外部连接的阀门关闭，也可以将气体通道进口03与气体通道出口04换成中间不带有通道的实心螺钉。由于测试装置体积小，方便移动，可以将测试装置放入温控箱中进行温控条件下的电化学测试。