专利名称：一种模拟扣式锂离子电池三电极体系的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二次电池电化学性能测试装置，特别涉及一种模拟扣式锂离子电池三电极体系。
背景技术：
锂离子电池具有体积小、能量密度大、对环境无污染等优点，已经越来越广泛地应用于各类电子产品。随着各类电子产品功能不断增加,相应的对锂离子电池的性能要求也不断提高。随着对电池研究的不断深入，对于其材料、性能及安全等问题的研究工作也越来越多。
锂离子电池充放电过程是正负极同时工作的过程，为了简化电池性能研究，通常希望将电池正负极分别进行研究，确定各自的性能特征，这样才能深入有效的了解电池工作状态，有针对的改善电池性能。
CN201038264Y公开了本发明人2007年申请的一篇专利， 一种模拟锂离子电池三电极体系，它设有一个具有凹型区域的模拟电池底座，该凹型区域内装盛有电芯和浸没该电芯的电解液，其特征在于该模拟电池底座上方设有一个可拆卸地密封该凹型区域的模拟电池盖板，该模拟电池底座上的一侧设置有与电芯的正极极耳、负极极耳分别可拆卸连接的正连接柱、负连接柱，该正连接柱、负连接柱分别与一导出到模拟电池底座外部的正极接线柱、负极接线柱相连，该模拟电池底座上开设有一个与所述凹型区域相连通的通孔，该通孔内密封地安装有与凹型区域内的电解液相接触的参比电极。这篇专利提供了一种模拟锂离子方形电池三电极体系，但其制备过程较为复杂，成本较高。'
通常，另外一种常用的研究方法是采用正负极作为工作电极和作为对电极的锂金属制成扣式电池，此外，这种扣式电池制作简单，制作和测试时间短，大大提高研究工作的进度，同时具有成本低的优点。但是由于扣式电池仅以某一工作电极与锂对电极组装而成，仅仅利用扣式电池不能完全了解完整电池内部工作情况，其测试结果也仅能反应单一电极性能。如果以正常电池相同的正负极制作扣式电池，两种电极相互影响，性能分析会很混乱。
实用新型内容
为了克服使用正常正负极制成的扣式电池测试过程中性能分析的混乱，本实用新型提供了一种结构简单、制作方便及密封性好的新型模拟扣式锂离子电池三电极体系。
本实用新型采用的技术方案为
一种模拟扣式锂离子电池三电极体系，包括
设有空腔的上膜具，密封安装于所述空腔一端的正极柱，下膜具，参比电极柱，以及放置于空腔中的正极片、隔膜、负极片、电解液，其特征在于，在所述空腔中的所述正极片与所述正极柱电连接，所述上膜具侧壁上开有一通孔，所述参比电极柱密封安装于通孔中并与电解液接触，所述下膜具与所述负极片电连接并将所述空腔密封。
所述参比电极柱包含金属锂和密封件，所述金属锂在通孔内部与电解液接触，所述密封件与金属锂电连接并密封通孔，所述密封件可以为螺丝、螺栓等。
所述上模具上还设有一用于注射电解液的注液孔，所述注液孔使用密封件密封，所述密封件可以为螺丝、螺栓等。所述上膜具与所述下膜具互相绝缘，所述上膜具可以为绝缘材质制成，所述下膜具可以为金属材质制成。
所述下膜具上设有一凸台，所述凸台与所述空腔配合幷电连接所述负极片。所述下膜具上还设置有一负极柱。
所述正极柱与所述空腔之间，和所述下膜具与上模具之间通过密封圈密
5封，所述上膜具与所述下膜具通过紧固件紧固，所述紧固件可以为螺丝、螺栓等。
所述空腔中，在所述正极柱与所述正极片之间还设有一压板装置，所述 压板装置包括十字形金属柱、金属弹簧、金属圆片，所述金属弹簧套在所述 十字形金属柱上，所述金属圆片压在所述金属弹簧上；所述十字形金属柱上 端与所述正极柱电连接，所述金属圆片与所述正极片电连接。
所述下膜具、正极柱、负极柱、参比电极柱、压板装置由不锈钢、铝、 铝合金中的一种制成；所述上膜具由聚四氟乙烯，高密度聚乙烯中的一种或 一种上制成。
相比于现有技术，本实用新型的优点在于本实用新型所提供的模拟扣 式锂离子电池三电极体系，相对于扣式电池，其可以同时测试正负极的电化 学性能；相对于制成方形电池进行测试，其极片为单层极片，制备容易，测 试周期短，而且其易于操作，整个过程可以完全在手套箱内制作完成，减少 电芯与空气的不良反应。另外研究范围广泛，可以测试各种材料，包括各种 正负极材料及电解液等，还可以重复使用。
图1为本实用新型具体实施例模拟扣式锂离子电池三电极体系的侧视剖 面图。
图2为本实用新型具体实施例模拟扣式锂离子电池三电极体系的俯视图。 图3为本实用新型对比例扣式电池的充放电性能测试曲线。 图4为本实用新型具体实施例模拟扣式锂离子电池三电极体系的充放电 性能测试曲线。
图5为本实用新型对比例扣式电池的循环性能测试曲线。
图6为本实用新型具体实施例模拟扣式锂离子电池三电极体系的循环性能测试曲线。具体实施方案
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进行详细说明如图1所示，本实施例提供了本实用新型的一种具体实施方式
， 一种模拟扣式锂离子电池三电极体系，包括正极柱(O，密封圈(2)，上膜具(3)，
注液孔(14)，压板装置(5)，参比电极柱(6)，下模具(7)，负极柱(8)，正极片(9)，隔膜(10)，负极片(11)。上膜具(3)内设有一空腔(12)，正极柱(1)通过密封圈(2)装配在空腔(12)的上端。上膜具(3)侧壁设有通孔(13)及注液孔(14)。压板装置(5)由十字形不锈钢柱、不锈钢弹簧、不锈钢圆片组成，不锈钢弹簧套在十字形不锈钢柱上，不锈钢圆片压在不锈钢弹簧上；十字形不锈钢柱上端与正极柱(1)接触，正极片(9)压在不锈钢圆片上。下膜具(7)上设置有一凸台(16)，该凸台(16)与上膜具(3)中的空腔(12)下端紧密配合。该下模具(7)侧壁还设置有一负极柱(8)。
其中，上膜具(3)可以使用绝缘材料制作，该绝缘材料相对于电极、电解质稳定，不影响测试过程，如聚四氟乙烯，高密度聚乙烯等材料制成。本具体实施例使用聚四氟乙烯制成。下模具(7)、正极柱(1)、负极住(8)、压板装置(5)、参比电极柱(6)使用相对于研究电极、电解质稳定的金属材料如不锈钢、铝、铝合金、惰性金属等材料制成，本具体实施例由不锈钢制成。
但是本实用新型的发明中上膜具、下膜具的材质不局限上述选自，也可以上膜具为金属材质、下膜具为绝缘材质制成。
本具体实施例模拟扣式锂离子电池三电极体系的具体组装过程如下首先，将金属锂压入上膜具(3)侧壁的通孔(13)中，锂片以不超过壳内壁为好，将内端以刀片等工具把表面刮平，外面拧进参比电极柱(6)，
参比电极柱(6)与通孔(13)紧密配合而密封。其次，将工作电极正极片(9)、隔膜(10)、负极片(ll依次放置在上膜具(3)的空腔(12)中。再将上膜具(3)和下膜具(7)扣好，凸台(16)压入空腔(12)中，并以螺丝紧固密闭。其中，下膜具(7)上表面还设有密封圈(2)。最后通过注液孔(14)将电解液注入空腔(12)内，并使用螺栓密封注液孔(14)。
在氩气保护的手套箱中，按照上述模拟扣式锂电池组装过程，组装、制成3只模拟扣式锂离子电池三电极体系A1、 A2、 A3。
关于实用新型所提供的模拟锂离子电池三电极体系的装置尺寸，不做具体限制，研究人员可根据不同测试要求或者按个人意愿进行合理设计其外观尺寸。
利用与模拟扣式锂电池三电极完全相同的工作电极正极片、负极片、电解液及隔膜，按照本领域常用工艺制作组装10只扣式电池，测试电压后，选择5只电压正常且稳定的扣式电池，标记为T1、 T2、 T3、 T4、 T5。
电池性能测试
a. 充放电性能测试
将实施例制成的锂电池三电极体系Al、 A2、 A3和对比例制成的扣式电池T1、 T2、 T3、 T4、 T5，在常温条件下，以2mA (1C)电流充电至4.2V截止电流为0.2mA (O.IC)，记录此时电池容量，然后以2mA(lC)放电至3V，
记录测试结果。
b. 循环性能测试
将实施例制成的锂电池三电极体系Al、 A2、 A3和对比例制成的扣式电池T1、 T2、 T3、 T4、 T5，在常温条件下，以2mA (1C)电流充电至4.2V截 止电流为0.2mA (O.IC)，记录此时电池容量，然后以2mA(lC)放电至3V， 重复上述充电放电过程50次即循环50次，记录测试结果。
测试结果
实施例和对比例的电化学性能测试结果分别如图3-6，其中图3是对比例 扣式电池的充放电性能测试曲线，图4是模拟扣式电池三电极体系的充放电 性能测试曲线；图5是扣式电池的循环性能测试曲线，图6是模拟扣式锂电 池的循环性能测试曲线。
结果分析
由图4模拟扣式电池三电极体系的充放电性能测试曲线可以看出，循环 前后的正极-参比电极的充放电曲线基本重合，循环前后的负极-参比电极的 充放电曲线也基本重合。正极和负极循环前后的电势在充放电过程中是稳定 的，说明参比电极在循环前后的电势差别不大，而且对比图3、图4可以看 出模拟扣式锂电池三电极的充放电曲线与扣式电池的充放电基本相同，也说 明金属参比电极在循环前后没有发生变化，说明引进参比电极对最后的测试 结果无影响，模拟扣式锂电池三电极的充放电曲线即真实的电池充放电曲 线。这样，利用模拟扣式锂电池三电极体系可以清晰地对电池的正负极性能 同时进行研究。
图5和图6分别是扣式电池和模拟扣式锂电池三电极体系充放电循环50 次容量变化图，对比两图可以看出，利用本实用新型的扣式模拟三电极体系 进行50次循环后容量平均至少保持85%以上，而普通的扣式电池循环20次 以后，容量急剧衰减且曲线不平滑，相比两图说明本实用新型提供的模拟扣 式锂离子电池三电极体系性能稳定，测试结果稳定性好。
9另外，.本实用新型提出的模拟扣式锂电池三电极体系装置的组成部件可 重复使用，也可以不添加参比电极柱，组装成两电极电池。其相比于扣式电 池，由于可以重复使用，具有成本更低等显著优点。
权利要求1、一种模拟扣式锂离子电池三电极体系，包括设有空腔的上膜具，密封安装于所述空腔一端的正极柱，下膜具，参比电极柱，以及放置于空腔中的正极片、隔膜、负极片、电解液，其特征在于，在所述空腔中的所述正极片与所述正极柱电连接，所述上膜具侧壁上开有一通孔，所述参比电极柱密封安装于通孔中并与电解液接触，所述下膜具与所述负极片电连接并将所述空腔密封。
2、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述上模具上还设有一用于注射电解液的注液？L，所述注液孔使用密封件密 封。
3、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述上膜具与所述下膜具互相绝缘。
4、 根据权利要求3所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述下膜具上设有一凸台，所述凸台与所述空腔配合幷电连接所述负极片。
5、 根据权利要求4所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述下膜具上还设置有一负极柱。
6、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述参比电极柱包含金属锂和密封件，所述金属锂在通孔内部与电解液接 触，所述密封件与金属锂电连接并密封通孔。
7、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于，所述正极柱与所述空腔之间，和所述下膜具与上模具之间通过密封圈密封， 所述上膜具与所述下膜具通过紧固件紧固。
8、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于， 所述空腔中，在所述正极柱与所述正极片之间还设有一压板装置，所述压板 装置包括十字形金属柱、金属弹簧、金属圆片，所述金属弹簧套在所述十字 形金属柱上，所述金属圆片压在所述金属弹簧上；所述十字形金属柱上端与 所述正极柱电连接，所述金属圆片与所述正极片电连接。
9、 根据权利要求1所述的模拟扣式锂离子电池三电极体系，其特征在于，所述下膜具、正极柱、负极柱、参比电极柱、压板装置由不锈钢、铝、铝合金中的一种制成；所述上膜具由聚四氟乙烯，高密度聚乙烯中的一种制成。
专利摘要本实用新型公开了一种模拟扣式锂离子电池三电极体系，包括设有空腔的上膜具，密封安装于所述空腔一端的正极柱，下膜具，参比电极柱，以及放置于空腔中的正极片、隔膜、负极片、电解液，其中，在上膜具空腔中的正极片与正极柱电连接，上膜具侧壁上开有一通孔，参比电极柱密封安装于通孔中并与电解液接触，下膜具与负极片电连接并将上膜具中的空腔密封。本实用新型可以测试扣式电池式双电极性能，制备简单，测试便捷，可重复使用。
文档编号G01R31/36GK201289523SQ20082021051
公开日2009年8月12日 申请日期2008年8月23日 优先权日2008年8月23日
发明者陈国营 申请人:上海比亚迪有限公司