[发明专利]具有减少的测量伪差的参比电极实施方案

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月6日提交的美国临时申请No. 62/332,693的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

在薄膜电池单元中使用参比电极是惯常实践。对不希望的伪差的分析，具体地关于参比电极在具有相对的平行电极的电池单元中和电池中的布置的分析具有悠久的历史。

使用参比电极的意图是将待检查的电极（称为工作电极）的响应与电池中的相对电极（对电极）的响应隔离。不利地，工作电极相对于参比电极的电势能够取决于其几何结构和大小以及其在电池单元中的布置，而且相比于不取决于其几何结构和大小以及其在电池单元中的布置的情况，取决于上述特征的情况更为经常。

解释这种数据的困难部分地基于均匀电流分布的隐含假设。当该假设成立时，工作电极和隔膜中的任何固定参比点之间的电势差如期望的那样独立于对电极的性质。

不利地，由于多种不同的原因，薄膜电池单元从未实现真正的均匀电流分布。因此，工作电极和参比电极之间的电势差展现出与对电极的阻抗相关联的“伪差（artifact）”。工作电极相对于参比电极的阻抗以及伪差通常是取决于频率的，这使得结果的解释复杂化。

本领域技术指出由于电流分布中的不均匀性引起的避免伪差的困难，这将设计参比电极的问题减小至使这种伪差最小化并理解他们以便不使其起因与工作电极的特性混淆的一个问题。似乎存在对于能够被用于在多种不同状况下评估和解释伪差的建模工具的需要。

发明内容

本章节提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的全面公开。

通过提供具有规定的表面电阻率的参比电极的表面，能够最小化或消除由于薄膜电池单元构型中参比电极的存在引起的伪差。阐述了理论考虑，其示出对于给定的导线大小，存在消去由于参比线的存在引起的所有伪差的理论表面电阻（或电阻率）。进一步限定，理论和实验结果适用于呈薄膜构型的电化学电池单元。在知道参比电极材料的表面电阻/电阻率在伪差的存在中发挥作用的情况中，通过在电极的表面上施加一层或多层电阻材料并测试伪差能够经验地设计参比电极。替代性地，能够根据本文所述的理论方法计算参比电极的理论表面电阻/电阻率，并且能够针对伪差测试所得的薄膜电化学电池单元以确认。

本发明还包括以下技术方案：

方案1. 一种薄膜电池单元，包括

工作电极；

对电极；

隔膜，其设置在所述电极之间并保持所述电极处于间隔分开的关系；

电解质，其在所述隔膜中并与所述工作电极和所述对电极流体接触；

参比电极，其在所述对电极和所述工作电极之间设置在所述隔膜中；并且

其中，所述参比电极是导电线，其具有施加于其表面的电阻涂层。

方案2. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层是离子电阻涂层。

方案3. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括有机聚合物。

方案4. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括陶瓷。

方案5. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电阻涂层包括铝、钙、镁、钛、硅或锆的氮化物、碳化物、氧化物或硫化物。

方案6. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述参比电极具有1×10^-10 ohm-cm²或更大的表面电阻率。

方案7. 根据方案1所述的薄膜电池单元，其中，所述电解质具有电导率σ，所述电极间隔分开距离L，所述参比电极的半径为R₀，并且所述参比电极的以ohm-cm²为单位的表面电阻率在数值上等于以cm为单位的所述半径R₀除以以(ohm-cm)^-1为单位的所述电导率σ。

方案8. 一种包括多个电化学电池单元的电池，其中，所述电池单元中的至少一个是根据方案1所述的薄膜电池单元。

方案9. 一种根据方案8所述的锂离子电池。

方案10. 一种构建电化学电池单元的方法，所述电化学电池单元包含由包含电解质的隔膜分开的工作电极和对电极，并且还包括呈布置在所述工作电极和所述对电极之间的导线的形式的参比电极，所述电池单元基本上没有能够归因于所述参比电极的存在的阻抗伪差，所述方法包括将具有第一厚度的电阻涂层施加到所述参比电极的表面，将所述电池单元中的电极安装在所述工作电极和所述对电极之间的空间中。