一种用于三电极测试的电芯及其测试

专利摘要:
本实用新型公开了一种用于三电极测试的电芯，由基础卷芯和第三电极单元通过铝塑包装膜封装在一起；所述第三电极单元经过激活处理后，该第三电极单元引出的参比极耳具有明显电位平台，该第三电极单元引出的参比极耳能作为参比电极使用。本申请的用于三电极测试的电芯采用单层结构的第三电极单元的一个极耳作为第三电极，在测试过程中第三电极能够保持电位的稳定。本申请电芯采用含良好充放电电位平台的正、负极活性材料的电极作为三电极测试体系中的参比电极，在合适的荷电状态下可经受一定的电流并在持续测试中维持电位的稳定，能很好的长时间实时监控基础卷芯中正电极和负电极在电流经过时电位变化情况。
公开号:CN214336780U
申请号:CN202120608685.3U
申请日:2021-03-25
公开日:2021-10-01
发明作者:卢灿生；陈邦义
申请人:Hunan Meini Technology Co ltd；
IPC主号:H01M10-48

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及锂离子电池领域，具体涉及一种用于三电极测试的电芯及其测试方法。
[n0002] 锂离子电池自1990年由日本SONY公司推出以来，因其在能量密度、功率密度以及循环寿命、安全性方面的优势，在数码、储能、新能源汽车等领域获得广泛应用，市场规模迅速扩张，已成为应用最为广泛的蓄电池体系。
[n0003] 常规锂电池由正电极和负电极构成，电池电压为正电极电位与负电极电位之差。测试锂电池在通过电流情况下的电压变化，得到的是取点时正电极和负电极的电位差，无法得到正电极和负电极实时电位变化情况。而为了监测锂电池在通过电流情况下正电极和负电极电位的实时变化情况，以加深对锂电池性能特性及性能变化的理解，需要在锂电池中引入第三电极。
[n0004] 目前，常见的第三电极为锂金属片以及铜丝。锂金属片需要引出极耳，制作不方便。用作第三电极的铜丝较细，使用前需要先与荷电的负极短接以在铜丝表面镀上一层锂。作为第三电极使用的镀锂铜丝在接入电路监控正负电极电位时，由于铜丝较细，镀锂量有限，在测试过程中锂会有消耗，甚至完全消耗裸露出完整的铜表面，导致测得的电位数据不准确。可见，第三电极在测试过程中维持稳定的电位状态相当关键。
[n0005] 现有的第三电极使用一段时间后，随着表面锂的消耗，会产生无法预料的误差，也无法在测试前通过有效手段对锂的消耗量进行检测，电位不稳定，不适合长期持续工作。
[n0006] 针对上述问题，本实用新型旨在提供一种电位平台稳定、能够实时准确监控的用于三电极测试的电芯及其测试方法。
[n0007] 为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种用于三电极测试的电芯，包括基础卷芯、隔离膜和第三电极单元，所述基础卷芯和第三电极单元通过铝塑包装膜封装在一起；
[n0008] 所述第三电极单元由单面涂布的单层正极、单面涂布的单层负极和复合膜组合而成，复合膜位于单层正极、单层负极的涂布面之间；
[n0009] 所述单层正极上设置第一极耳，所述单层负极上设置第二极耳，所述第一极耳和第二极耳由铝塑膜的顶端、底端或侧端引出；
[n0010] 所述基础卷芯包括正极片和负极片，所述正极片、负极片之间设置有隔膜，所述正极片上还焊接有正极耳，所述负极片上还焊接有负极耳，所述正极耳和负极耳由铝塑包装膜顶端引出；
[n0011] 所述隔离膜为片状结构，所述隔离膜设置在基础卷芯和第三电极单元之间；
[n0012] 所述第三电极单元经激活处理后，能作为参比电池使用。
[n0013] 作为优选，所述基础卷芯内包括有至少一层正极片和一层负极片，所述基础卷芯由正极片、负极片和隔膜采用卷绕或者叠片方式加工而成。
[n0014] 作为优选，所述隔离膜的厚度不小于25μm，孔隙率不大于40％。
[n0015] 作为优选，所述第三电极单元的单层正极和单层负极中的至少一个电极涂布具有明显充放电平台电位的电极活性材料结构，所述电极活性材料结构为石墨活性结构、钛酸锂活性结构、磷酸铁锂活性结构中的一种。
[n0016] 作为优选，当电极活性材料结构为石墨活性结构时，作为参比电极使用时第三电极单元荷电状态调整为70％-90％；
[n0017] 当电极活性材料结构为钛酸锂活性结构时，作为参比电极使用时第三电极单元荷电状态调整为25％-75％；
[n0018] 当电极活性材料结构为磷酸铁锂活性结构时，作为参比电极使用第三电极单元荷电状态调整为20％-80％。
[n0019] 本实用新型的有益效果，本申请的电芯能够通过充放电对第三电极单元进行荷电状态调节，让第三电极单元中选定的参比电极处于稳定状态；本申请用于三电极测试的电芯采用含良好充放电电位平台的正、负极活性材料的电极作为三电极测试体系中的参比电极，在合适的荷电状态下可经受一定的电流并在持续测试中维持电位的稳定，能很好的长时间实时监控基础卷芯中正电极和负电极在电流经过时电位变化情况；当第三电极单元中参比电极的活性物质选择为石墨时，可以更好的监测基础卷芯中碳材料负极的析锂过程，为改善电芯性能提供更好的数据支持。
[n0020] 图1为本实用新型的层状结构图；
[n0021] 图2为本实用新型第三电极单元极耳与基础卷芯极耳相邻设置的结构示意图；
[n0022] 图3为本实用新型第三电极单元极耳与基础卷芯极耳位于同侧的结构示意图；
[n0023] 图4为本实用新型第三电极单元极耳与基础卷芯极耳相对设置的结构示意图。
[n0024] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[n0025] 如图1-4所示，本实用新型所述的具体实施例为一种用于三电极测试的电芯，包括基础卷芯1、隔离膜2和第三电极单元3，所述基础卷芯1和第三电极单元3通过铝塑包装膜4封装在一起；
[n0026] 所述第三电极单元3经过激活处理后，该第三电极单元3引出的参比极耳具有明显电位平台，该第三电极单元3引出的参比极耳能作为参比电极使用。
[n0027] 所述基础卷芯1包括正极片101和负极片102，所述正极片101、负极片102之间设置有隔膜103，所述正极片101上还焊接有正极耳104，所述负极片102上还焊接有负极耳105，所述负极耳104和正极耳105从铝塑包装膜4的一侧引出。本申请的基础卷芯1的正、负极材料能采用常见的正、负极材料，正极材料包括但不限于钴酸锂(常规电压和高电压)、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝；负极材料包括但不限于石墨(人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、复合石墨)、软碳、硬碳、钛酸锂、含硅材料等。
[n0028] 所述隔离膜2为片状结构，所述隔离膜2设置在基础卷芯1和第三电极单元3之间。
[n0029] 所述第三电极单元3由为单面涂布的单层正极301、单面涂布的单层负极302和复合膜303组合而成，复合膜303位于单层正极301、单层负极302的涂布面之间；
[n0030] 第三电极单元包括第一极耳304和第二极耳305，所述第一极耳304与单层正极301焊接在一起，所述第二极耳305与单层负极302焊接在一起。
[n0031] 所述基础卷芯1内包括有至少一层正极片101、负极片102，所述基础卷芯1由正极片101、负极片102和隔膜103采用卷绕或者叠片方式加工而成。
[n0032] 所述隔离膜2的厚度不小于25μm，孔隙率不大于40％。
[n0033] 用于三电极测试的电芯制备方法，步骤如下：
[n0034] S1、制备基础卷芯：按照合浆、涂布、辊压、分切、极耳设置、卷芯组装的步骤制作出基础卷芯；
[n0035] S2、制备第三电极单元：按照合浆、涂布、辊压、分切、极耳设置、叠片的步骤制作出第三电极单元，其中单层正极和单层负极均为单面涂布结构，二者背面未涂布面贴胶纸；
[n0036] S3、组装入壳：将基础卷芯、隔离膜、第三电极单元依次放入冲好形状的铝塑包装膜中，调整基础卷芯正极耳、负极耳及第三电极单元第一极耳、第二极耳位置方向避免直接重合接触，随后将铝塑包装膜进行封装，并保留一侧开口，随后置于真空烤箱进行除水，获得干电芯；
[n0037] S4、注液：真空烤箱中的干电芯水分合格后，进行注液及封口操作，获得用于三电极测试的电芯。
[n0038] 用于三电极测试电芯的测试方法，步骤如下：
[n0039] ⑴激活，对第三电极单元以0.33C的电流进行1-5次充放电操作，使第三电极单元正负电极表面状态趋于稳定后，然后根据选定的第三电极对应的活性材料种类对第三电极单元进行荷电状态的调整；
[n0040] ⑵测试，以选定的第三电极为参比电极，按三电极的接线方式对基础卷芯的正极/负极在通过电流情况下的电位变化情况进行测试
[n0041] 具体实施例1如下：
[n0042] 制备基础卷芯，正极片配方为正极活性材料(钴酸锂)：导电剂(炭黑)：粘结剂(聚偏氟乙烯)＝97：1.5:1.5，负极片配方为负极活性材料(中间相碳微球)：导电剂(石墨)：CMC(羧甲基纤维素钠，增稠剂)：SBR(丁苯橡胶，粘结剂)＝95:1:2:2。
[n0043] 首先按照上述比例通过搅拌混合制备出正、负极浆料，其中正极采用油性体系，负极采用水性体系。搅拌混合时，采用双行星搅拌设备在控制温度和真空度的情况下进行浆料制备，浆料经测试粘度、固含量和细度满足要求后转移至涂布机头进行涂布。
[n0044] 正极片的集流体采用铝箔，厚度12-20μm，负极片的集流体采用铜箔，厚度6-10μm。涂布好的正、负极片按设定厚度进行辊压。辊压好的大卷再分切为小卷。接下来进行极耳设置，正极片上焊接至少设置一个正极耳，负极片上焊接至少设置一个负极耳。正、负极耳可通过在箔材上焊接引出，也可通过箔材引出。随后将正极片、隔膜、负极片叠放或卷绕成卷芯，即获得基础卷芯。
[n0045] 制备第三电极单元，第三电极单元为单层卷芯结构，第三电极单元的单层正极、单层负极均为单面涂布，单层正极、单层负极的空白面贴胶纸(单层正极、单层负极的材料中，至少含有石墨、钛酸锂、磷酸铁锂中的一种)。第三电极单元中第三电极(参比电极)所含的活性材料选择为石墨。
[n0046] 正极浆料采用油系制作浆料，当活性成分为镍钴锰酸锂三元材料时，正极浆料的组分比例为正极活性材料(镍钴锰酸锂三元材料)：导电剂：粘结剂＝97:1.5:1.5。负极浆料采用水系制作浆料，负极浆料的组分比例为负极活性材料(石墨)、导电剂(炭黑)：增稠剂(羧甲基纤维素钠)：粘结剂(丁苯橡胶)＝97:1:1.5:1.5。按上一段所述的方式进行正负极浆料的制作，单面涂布获得单层正极、单层负极，按设定厚度进行辊压、裁切，单层正极对应焊接第一极耳，单层负极对应焊接第二极耳。将单层正极、隔膜、单层负极叠好得到第三电极单元。
[n0047] 将基础卷芯单元、隔离膜(惰性薄片)、第三电极单元按给定的出极耳方式对齐叠好，放入冲制成型的铝塑包装膜中，顶封及侧封(如图2，正极耳、负极耳顶端伸出，参比极耳从侧面伸出)。封装好的电芯入真空烤箱烘烤，水分合格后进行电解液注入、静置。
[n0048] 本申请的电芯在使用时，首先进行第三电极单元的第三电极(单层负极，对应活性材料为石墨)的激活：通过0.33C电流3次循环的充放电循环，使第三电极单元正负极表面达到稳定状态，由于选择单层负极对应的第二极耳作为第三电极，其活性材料为石墨，通过充放电操作控制第三电极单元的SOC状态(荷电状态)为80％。随后将第三电极(单层负极对应的第二极耳)当做参比电极，按三电极测试方法与基础卷芯的正、负极进行连接，以监控电流流过时基础卷芯正负电极电压变化情况，由于第三电极为石墨可以监测基础卷芯中碳材料负极的析锂过程，为改善电芯性能提供更好的数据支持。使用本申请的电芯进行电池循环性能测试，300次充放电循环，40天×24小时连续循环测试，第三电极的的电位能持续稳定，中途无需进行校正；传统的三电极电池在循环十次左右，由于铜丝表面锂的损耗，参比电极的电位会发生较大变化，需要校正后才能继续测试。
[n0049] 本申请的电芯能够通过充放电对第三电极单元进行荷电状态调节，让第三电极单元中选定的参比电极处于稳定状态；本申请电芯采用含良好充放电电位平台的正、负极活性材料的电极作为三电极测试体系中的参比电极，在合适的荷电状态下可经受一定的电流并在持续测试中维持电位的稳定，能很好的长时间实时监控基础卷芯中正电极和负电极在电流经过时电位变化情况；当第三电极单元中参比电极的活性物质选择为石墨时，可以更好的监测基础卷芯中碳材料负极的析锂过程，为改善电芯性能提供更好的数据支持。
[n0050] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

权利要求:
Claims (5)
[0001] 1.一种用于三电极测试的电芯，其特征在于：包括基础卷芯、隔离膜和第三电极单元，所述基础卷芯和第三电极单元通过铝塑包装膜封装在一起；
所述第三电极单元由单面涂布的单层正极、单面涂布的单层负极和复合膜组合而成，复合膜位于单层正极、单层负极的涂布面之间；
所述单层正极上设置第一极耳，所述单层负极上设置第二极耳，所述第一极耳和第二极耳由铝塑膜的顶端、底端或侧端引出；
所述基础卷芯包括正极片和负极片，所述正极片、负极片之间设置有隔膜，所述正极片上还焊接有正极耳，所述负极片上还焊接有负极耳，所述正极耳和负极耳由铝塑包装膜顶端引出；
所述隔离膜为片状结构，所述隔离膜设置在基础卷芯和第三电极单元之间；
所述第三电极单元经激活处理后，能作为参比电池使用。
[0002] 2.根据权利要求1所述的用于三电极测试的电芯，其特征在于：所述基础卷芯内包括有至少一层正极片和一层负极片，所述基础卷芯由正极片、负极片和隔膜采用卷绕或者叠片方式加工而成。
[0003] 3.根据权利要求1所述的用于三电极测试的电芯，其特征在于：所述隔离膜的厚度不小于25μm，孔隙率不大于40％。
[0004] 4.根据权利要求1所述的用于三电极测试的电芯，其特征在于：所述第三电极单元的单层正极和单层负极中的至少一个电极涂布具有明显充放电平台电位的电极活性材料结构，所述电极活性材料结构为石墨活性结构、钛酸锂活性结构、磷酸铁锂活性结构中的一种。
[0005] 5.根据权利要求4所述的用于三电极测试的电芯，其特征在于：当电极活性材料结构为石墨活性结构时，作为参比电极使用时第三电极单元荷电状态调整为70％-90％；
当电极活性材料结构为钛酸锂活性结构时，作为参比电极使用时第三电极单元荷电状态调整为25％-75％；
当电极活性材料结构为磷酸铁锂活性结构时，作为参比电极使用第三电极单元荷电状态调整为20％-80％。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120608685.3U|CN214336780U|2021-03-25|2021-03-25|一种用于三电极测试的电芯及其测试|CN202120608685.3U| CN214336780U|2021-03-25|2021-03-25|一种用于三电极测试的电芯及其测试|