[发明专利]一种锂电池原位力电化学性能测试装置及方法

说明书

本发明提供了一种锂电池原位力电化学性能测试装置及方法，属于电池性能测试技术领域，包括：电化学池，电化学池的腔体内注有电解液；参比电极，设置在电化学池的腔体内壁一侧；对电极，设置在电化学池的腔体内壁另一侧；电极夹具，设置在电化学池的腔体底壁上，其上夹持有工作电极；外接电极，设置在电化学池外壁，用于连接外部电化学分析装置；参比电极、对电极和工作电极均通过导线与外接电极连接。本发明可实现对锂电池电极的原位力电化学性能测试，获得电极在电化学反应过程中的动态力学响应特性，研究锂电池电极在不同工况下的实时变化规律。

技术领域

本发明属于电池性能测试技术领域，具体涉及一种锂电池原位力电化学性能测试装置及方法，具体涉及一种对锂电池电极进行电化学测试同步原位纳米压痕测试的测试装置及方法。

背景技术

锂电池具有能量密度高、倍率性能好、循环寿命长及环境适应性强等显著优势，在电子产品、电动工具及新能源汽车等诸多领域得到了广泛深入的应用。锂电池作为能量存储、转换集成器件，涉及到机械结构、电化学反应及温度等多因素耦合影响，其中，在锂电池的充放电过程中，锂离子的来回脱嵌将造成活性材料的反复膨胀收缩，从而造成活性材料的结构变形和对相邻组元的挤压拉伸，进而使得极片力学性质在电化学反应的过程中发生变化。而极片变形裂解等力学现象往往会引起电化学反应失效，导致锂电池运行故障，因此对锂电池在不同电化学条件下力学性能进行表征测试，将有助于进一步分析锂电池失效机理，构建更为持久且高效运行的锂电池。

锂电池电化学反应涉及到SEI膜形成及活性物质变性等现象，对环境中的水分及氧浓度等特别敏感，因此，锂电池原位测试装置多为密封系统。但目前材料力学性能测试多为开放系统，要求被测试材料具有一定的环境适应性。因此，目前大多数锂电池力学性能测试方法多为非原位表征，在锂电池进行一定程度的电化学反应后进行拆解处理，对活性材料等物质进行再加工后进行力学性能测试，因而所得规律将发生一定程度的失真。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种锂电池原位力电化学性能测试装置及方法。该装置及方法可实现在锂电池进行不同电化学反应的条件下，同步对锂电池电极进行原位力学性能测试，以获得锂电池的力电化学耦合规律。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂电池原位力电化学性能测试装置，包括：

电化学池，所述电化学池的腔体内注有电解液；

参比电极，设置在所述电化学池的腔体内壁一侧；

对电极，设置在所述电化学池的腔体内壁另一侧；

电极夹具，设置在所述电化学池的腔体底壁上，其上夹持有工作电极；

外接电极，设置在所述电化学池外壁，用于连接外部电化学分析装置；

所述参比电极、对电极和工作电极均通过导线与所述外接电极连接；

测试时，将所述测试装置置于纳米压痕测试仪的压头下方。

优选地，所述电极夹具包括设置在所述电化学池的腔体底壁上的导电连接件及设置在所述导电连接件上的固定件，所述工作电极设置在所述导电连接件上并位于所述固定件内部，所述工作电极通过导电连接件与所述外接电极连接。

优选地，所述固定件包括设置在所述导电连接件四周的夹板，所述夹板通过复位弹簧与所述导电连接件连接。

优选地，所述固定件材料为绝缘材料。

优选地，所述导线埋于所述电化学池的池体内。

优选地，所述电化学池的材料为聚四氟乙烯。

优选地，所述电解液为六氟磷酸锂盐。