[发明专利]一种三电极体系电化学测试装置及其电化学测试方法

说明书

本发明公开一种三电极体系电化学测试装置及其电化学测试方法。所述装置的负极模具设有空腔，参比模具设有环形空腔，正极模具设有盲孔并内置正极柱，正极柱上端延至环形空腔，空腔内设弹性压板装置且下端延至环形空腔，正极柱上端依次设正极片、隔膜、负极片并经弹性压板装置压紧固定，环形空腔在正极片、隔膜及负极片之外设有上下层叠并绝缘的上导套及下导套，上、下导套间设有参比电极，负极片通过弹性压板装置与负极模具电连接，正极柱与正极片电连接，负极模具、参比模具、正极模具外侧分别设有负极极耳、参比极耳、正极极耳，参比极耳与参比电极电连接。所述方法包括下部连接、参比电极连接、其它电极连接、整体连接、电极调整、测试步骤。

技术领域

本发明属于电化学测试技术领域，具体涉及一种结构简单、组装便捷、密封性好、参比电极可适性好且性能稳定，最接近实际电池的结构，借鉴性高的三电极体系电化学测试装置及其电化学测试方法。

背景技术

锂离子电池及超级电容器由于具有诸如体积小、能量密度大、功率密度高、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、能量存储系统及轨道交通运输等领域。近年来，随着人们对锂离子电池及超级电容器产品性能要求的不断提高，对于其材料、性能、安全等方面的研究也不断深入。

锂离子电池及超级电容器的充放电过程是正、负极同时工作的过程。充放电过程中，正、负极电位的变化对锂离子电池或超级电容器的性能起到及其重要的作用。采用三电极体系对电池或电容器的正、负极电位与参比电极电位进行对比分析、研究，可以直接得到其电化学反应过程中正、负极电位的变化特性，进而从电池内部反应机理出发，深入、有效地研究正、负极各自的性能特征，在避免电池内部发生副反应的情况下，有针对性地改善电池循环、高低温充放电、倍率充放电等性能。对电池或电容器的结构设计、极片设计、正负极比例、材料搭配、电解液成分优化等具有非常重要的指导意义。因此，提供性能稳定，结构简单、操作便捷的三电极测试体系非常重要。

实用新型（专利号ZL 200820210512 .0）公开了一种模拟纽扣式锂离子电池的三电极测试体系，该体系由上模具和下模具构成，内部设有空腔以容置电极、隔膜、电解液等，可以用于测试纽扣式电池在充放电过程中的正、负极性能，测试便捷。但该三电极体系的参比电极只能采用金属锂条且其只有尖端部分与电解液接触，有效面积小，此外，该体系的参比电极置于金属材质的模具通孔内，可能导致电解液与该金属接触并发生副反应，使得参比电极稳定性差，不利于正、负极电位的测试及其性能研究。发明专利（CN 103500859A）公布了一种锂离子电池用三电极装置，该装置包含壳体和上盖以及设置在壳体内的电芯挡板和螺栓，第一螺栓和第四螺栓连接参比电极金属柱，作为参比电极接线柱，第二螺栓和第三螺栓连接正负电极金属柱，分别作为正负电极接线柱，通过极耳将极柱与电芯的极耳和参比电极直接相连，电芯通过螺栓进行固定。该发明具有良好的密封性和接触性，但该装置整体由金属材质制成，参比电极柱制造和组装方法过程复杂，成本较高，且电芯结构与实际电池的结构差异大，可借鉴性差。此外，传统的三电极测试体系将参比电极放置在负极片与正极片之间，通常是位于隔膜内，从而隔膜可能需要由特定的材料（如玻璃纤维）构成和/或具有特定的厚度（如至少0.9mm厚），而且参比电极还可能需要呈现为特定的形式（如线状）和/或可能需要专用工具来完成参比电极的插入，前述这些要求可能会增加这些传统三电极测试体系的成本。另外，由于传统的三电极测试体系可能比较昂贵，因此，需要具有重复使用性，那么用于密封的材料可能需要足够弱，这样其在后续使用期间才容易被破坏/移除并替换。然而，此类较弱的密封可能会让空气进入到三电极测试体系中，从而又会导致其测试变得不可靠和/或无法完成较长的循环测试。

目前的三电极测试体系存在各种各样的缺陷，如结构复杂、密封性差、结构与实体电池差异大、参比电极可选择性差（只能用金属锂）且性能不稳定，不能真实地反映出电池或电容器的正、负极在充放电过程中的实际性能特征。此外，电解液填充较多或不足，引起电池内部极化作用的变化，以及电解液与三电极测试体系（尤其是上述由金属材料制成的参比体系）发生副反应等问题，同样不能实现对电池或电容器的正、负极性能的准确表征。

发明内容