[发明专利]一种电极旋转的防枝晶电池装置

说明书

本发明公开了一种电极旋转的防枝晶电池装置，涉及电池测试领域。用一个变频电机通过传动皮带带动转轴转动，同时带动正负电极转动，正极顺时针转动，负极逆时针转动，带动了电解液流动，使电解液中各处锂离子的浓度均匀化，减小浓差极化，防止充电过程中在负极产生锂枝晶；两个筒的转速相同且方向相反，形成对流，减小电解液的流速，消弱了电解液因电极筒转动而产生的湍流问题。正负极的转速可以根据充放电速率大小调节，充电电流大，转速快；反之，充电电流小，转速慢。该电池装置可以有效预防锂枝晶的产生，提高了锂电池的性能，结构简便安装维护方便快捷。

技术领域

本发明涉及化学电池技术领域，特别是涉及一种电极旋转的防枝晶电池装置。

背景技术

对于负极为金属锂片的锂电池，金属锂片开始时表面很平滑，经过多次充放电之后，表面会形成的树枝状金属锂，称为枝晶。对锂电池进行充电时，电解液中的锂离子从电池正极向电池负极转移，在这个过程中，由于充电电流大小的变化，锂离子在电解液中具有浓度梯度，转移到负极表面附近的锂离子浓度不均匀，锂离子在电池负极表面得到电子还原成金属锂时，由于浓差极化，导致还原得到的金属锂分布不均匀，故而形成了锂枝晶。锂枝晶的生长会导致锂电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，破坏生成的固体电解质界面膜，锂枝晶在生长过程中会不断消耗电解液并导致金属锂的不可逆沉积，形成死锂造成低库伦效率。锂枝晶的形成甚至还会刺穿隔膜导致锂电池内部短接，造成电池的热失控引发燃烧爆炸。因此，开发有效的方法和技术来抑制锂枝晶的生长是锂电池实用化的关键。

现有的抑制负极锂枝晶的技术，如专利(CN 108574083 A)提供了一种新型结构的锂片，该锂片具有凹陷结构，比如具有凹坑结构和/或凹槽结构，尤其是微纳结构的凹坑和/或凹槽，通过采用该特定结构的锂片作为负极可以有效抑制锂电池中的锂枝晶不可控生长，避免了刺穿电池隔膜的现象，提高了锂电池的性能，然而这种制备方法，不仅工艺繁琐而且成本较高，很难规模化生产。专利(CN 108365172 A)使用天然高分子聚合物保护的锂金属负极，这种天然高分子聚合物保护的锂金属负极材料包括一铜箔，该铜箔的表面均匀包覆有天然高分子聚合物层，同时具有一金属锂沉积层位于铜箔于天然高分子聚合物层的交界处，沉积量为2～8mAh/cm²，上述天然高分子聚合物包括琼脂糖、罗望种子胶和海藻酸钠，这种方法制备天然高分子聚合物保护的锂金属负极材料具有良好的循环性能，以及无枝晶的金属锂沉积，提高了锂金属的循环寿命在抑制锂枝晶的方面有一定效果，但这种制备技术，对不可控锂枝晶生长的改善程度是很有限的，它们不能大规模的应用于高通量的工业化生产。因此开发更加实用和有效的方法仍是一项挑战。本发明解决了锂离子从电池正极向电池负极转移的过程中，锂离子浓度梯度的问题，从而消除锂枝晶所带来的影响，同时针对上述两种预防枝晶方法的不足之处，特别涉及一种转动电极连续化工作电池测试装置，对传统的电池进行了进一步创新。

发明内容

本发明的目的在于解决充放电过程的枝晶问题，提供一种电极旋转的防枝晶电池装置。通过电动机和齿轮箱的作用，使正极筒和负极筒逆向转动，正极筒逆时针转动，负极筒顺时针转动，既不会使电解液发生湍流，又解决了负极充电过程中产生锂枝晶的问题。此装置提高了锂电池的性能，结构简单，安装简便，为抑制锂枝晶技术提供新的思路与方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种电极旋转的防枝晶电池装置，该电池装置包括旋转外筒(1)、负极材料(2)、旋转内筒(3)、正极材料(4)、外筒绝缘底板(5)、外轴(6)、内轴(7)、密封填料(8)、轴承a(9.1)、轴承b(9.2)、外轴皮带轮(10.1)、内轴皮带轮(10.2)、电机外轴皮带轮(11.1)、电机内轴皮带轮(11.2)、电机轴(12)、改变转向齿轮箱(13)、变频电机(14)、传动皮带(15)、电解液(16)。