一种用于热电化学研究的单电极测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于热电化学研究的单电极测试装置，三通管由上端分支、下端左侧分支和下端右侧分支构成，分支之间相互连通，下端左侧分支和下端右侧分支开口处分别与第一聚四氟乙烯管和第二聚四氟乙烯管连接，连接处进行密封；三通管的上端分支开口处放置抽气装置，用于抽取空气，排除电解液中存在的气泡，减小内阻，确保三通管上端分支的1/3～1/2位置、与上端分支相连的下端左侧分支、下端右侧分支以及第一聚四氟乙烯管和第二聚四氟乙烯管中充满电解液。本发明专利技术结构简单，易于操作，在评价电极材料热、电性能的同时评价电池的安全性能，有助于优化电池体系的热设计。

Single electrode testing device for thermoelectric Chemical Research

The invention discloses a device for single electrode test research on thermoelectric chemical, three pipe is composed of upper and lower branches of the left branch and right lower branches, each branch connectivity between the left and right lower, lower branch branch openings are respectively connected with the first PTFE tube and second Teflon tube, joint sealing; the upper branch of three pipe openings placed a suction device for pumping air, eliminate existing bubbles in the electrolyte, reducing resistance, to ensure that the three pass tube branch of the 1/3 ~ 1/2 position, and the upper branch connected with the lower left and lower right branch and the first branch of PTFE tube and the second tube filled with PTFE the electrolyte. The invention has the advantages of simple structure and easy operation, and can evaluate the safety performance of the battery while evaluating the thermal and electrical performance of the electrode material, which is helpful to optimize the thermal design of the battery system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于热电化学研究的单电极测试装置。
技术介绍
自1990年成功实现商品化以后，锂离子电池已发展成为一种性能非常优越的二次化学电源。近年来，锂离子电池在军用及航空航天领域的应用逐渐增加，并逐步走向储能、电动汽车等领域。但是，锂离子电池的性能受温度的影响很大，温度过高以及分布不均匀会加速电池性能的衰退，降低电池的使用寿命，甚至还可能产生热失控引发安全问题。锂离子电池安全性问题可归结为电池的产热和散热问题。热相关问题涉及到电池及其电极材料的充放电性能和循环寿命，而电池材料（电极和电解液）决定热产生的数量和热释放的速率。传统上采用充放电容量、循环性能、倍率性能等评价电极材料的性能，但不能反映其发热特性。因此，研究复杂条件下（高倍率充放电、高温工作环境、内部短路引起局部过热、组件或电池故障等）锂离子电池及其电极材料热电性能的有效评价方法对解决锂离子电池安全性具有重要的科学指导意义。目前，对于锂离子电池热效应的研究，主要采用热电化学方法。这种方法需要同时记录所研究体系在测量过程中的电压-电流-热流（温差）-时间四维信息，并基于电化学、热力学及动力学基本原理处理实验数据和分析实验结果，比单独使用电化学方法和热化学方法能获得更多的信息。通常将电化学方法与各种量热技术相结合测定体系的电化学及化学反应热，称之为电化学-量热联用技术。近年来,电化学-量热联用技术不断得到改进和发展，并已开始应用于研究电池体系及其电极材料的热效应，成为电池的开发研究中一种非常有效的手段。其中，主要采用的量热技术包括恒温微量热技术和加速率量热技术。国内外已有研究将电池充放电测试装置和不同种类量热仪耦合起来系统研究电池在不同电流密度下充放电循环过程中的温度变化或产热情况。如专利技术专利（CN102830358B），公开了一种电池热电参数测试装置，包括电池充放电设置模块、热导式量热测定模块、信号处理模块。把待测电池固定及接线器置于量热瓶，再置于量热管中；电池充放电模块通过电池固定及接线器提供给待测电池不同的电学参数，使待测电池经历充电，放电等不同过程，同时测定该过程的电流、电压、热流随时间的变化曲线，通过分析器获得表征电池的充放电性能及安全性能的特征参数。在测试电池电学特征参数的同时，通过准确测量电池的发热量，评价电池的电气性能同时对其安全性能做出准确评价，提高判断准确度；Saito（JournalofPowerSources,2005,146:770-774），Lu等人（ElectrochimicaActa,2006,51:1322-1329)，Krause等人（JournalofElectrochemicalSociety,2012,159(7):937-943），Ping等人（Appliedenergy,2014,129:261-273）采用C80微量量热仪或加速量热仪与电池充放电测试装置联用分别对不同种类锂离子电池在充放电循环过程中的热行为和温度变化进行了系统的研究。然而，目前大部分装置以商品化锂离子全电池或半电池体系作为测试对象，在运行参数限定范围内开展热行为研究，所得热力学数据以锂离子电池的整体热效应为主。而分别产生于正极或负极单电极上的反应热效应可能有所不同，甚至是完全相反。在电池反应过程中，其正极放热与负极放热存在显著差异，那么在锂离子电池特别是大容量锂电堆体系的热设计中必须考虑其内部不同部位热效应的差异性。这不仅有助于优化电池体系的热设计，而且可以更好的反映电池材料的热电化学性能。黄倩（博士学位论文，2007，115-116）采用电化学-量热法测定Li/Li+电极反应的熵变△S。测试电池由两个完全相同的金属锂片电极组成，其中一个锂电极被固定在金属铜模具里，并将其置于量热计内，另一个锂电极管被置于量热计之外，一根装满电解液的塑料管被用来连接这两个电极。采用该实验装置将可逆反应热效应的研究针对于锂离子电池体系中的正负单电极，但还存在以下不足之处：待测的两个电极分别位于量热计的内部和外部，两个电极之间相隔的距离较远，连接这两个电极的塑料管比较长，管内的电解液中易产生气泡，且不易排除，导致内阻增大，对测试结果的准确性产生影响；铜作为锂离子电池的集流体，与电解液体系的相容性较差，锂离子电池用电解液具有很强的腐蚀性，一旦铜腐蚀或溶解将导致固定在铜模具上的电极材料脱落，阻碍电子的传输，直接影响锂离子电池的性能和安全性。因此，如何更加有效的测定锂离子电池内部在单电极上产生的反应热效应，尤其涉及到电池体系精确热化学参数（化学反应焓变、化学反应熵变、化学反应吉布斯自由能变等）是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述中存在的问题和缺陷，本专利技术提供一种用于热电化学研究的单电极测试装置，系统地研究单电极产生的热效应，从而更加客观地评价电极材料的热电性能。本专利技术专利技术方案如下：一种用于热电化学研究的单电极测试装置，正极、负极、电解液、第一聚四氟乙烯管、第二聚四氟乙烯管、不锈钢网一、不锈钢网二、橡胶塞一、橡胶塞二、安瓿瓶一、安瓿瓶二、铜导线、电池测试系统、抽气装置和三通管；所述三通管由上端分支、下端左侧分支和下端右侧分支构成，分支之间相互连通，下端左侧分支和下端右侧分支开口处分别与第一聚四氟乙烯管和第二聚四氟乙烯管连接，连接处进行密封；三通管的上端分支开口处放置抽气装置，用于抽取空气，排除电解液中存在的气泡，减小内阻，确保三通管上端分支的1/3～1/2位置、与上端分支相连的下端左侧分支、下端右侧分支以及第一聚四氟乙烯管和第二聚四氟乙烯管中充满电解液；所述不锈钢网一和不锈钢网二为集流体，分别包裹正极和负极，起传输离子的功能；第一聚四氟乙烯管、不锈钢网一、橡胶塞一、正极和安瓿瓶一组成第一测量通道，第二聚四氟乙烯管、不锈钢网二、橡胶塞二、负极和安瓿瓶二组成第二测量通道，多组第一测量通道和第二测量通道组成等温量热仪；所述铜导线的一端与不锈钢网一相连，另一端与电池测试系统相连；所述橡胶塞一和橡胶塞二上有孔洞，孔洞的直径与两个四氟乙烯的外径配合，将聚四氟乙烯管分别从孔洞穿过，接口处进行密封；所述安瓿瓶一与橡胶塞一相连，安瓿瓶二与橡胶塞二相连，连接处进行密封。所述三通管为聚四氟乙烯材质，耐腐蚀性好；三通管的上端分支长度为8-10cm，维持液面高度为上端分支的1/3-1/2位置，连接下端左侧分支和下端右侧分支的聚四氟乙烯管长度均为25-30cm，配合安瓿瓶在测量通道中的位置进行设计，有助于缩短电解液流通的距离，避免出现气泡，减少电极反应过程中产生的内阻。所述不锈钢网为集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热电化学研究的单电极测试装置，包括正极（1）、负极（2）、电解液（3）、第一聚四氟乙烯管（4）、第二聚四氟乙烯管（20）、不锈钢网一（5）、不锈钢网二（21）、橡胶塞一（6）、橡胶塞二（22）、安瓿瓶一（7）、安瓿瓶二（23）、铜导线（10）、电池测试系统（11），其特征在于：还包括抽气装置（12）和三通管（13）；所述三通管（13）由上端分支（14）、下端左侧分支（15）和下端右侧分支（16）构成，分支之间相互连通，下端左侧分支（15）和下端右侧分支（16）开口处分别与第一聚四氟乙烯管（4）和第二聚四氟乙烯管（20）连接，连接处进行密封；三通管（13）的上端分支（14）开口处放置抽气装置（12），用于抽取空气，排除电解液中存在的气泡，减小内阻，确保三通管（13）上端分支（14）的1/3～1/2位置、与上端分支（14）相连的下端左侧分支（15）、下端右侧分支（16）以及第一聚四氟乙烯管（4）和第二聚四氟乙烯管（20）中充满电解液（3）；所述不锈钢网一（5）和不锈钢网二（21）为集流体，分别包裹正极（1）和负极（2），起传输离子的功能；第一聚四氟乙烯管（4）、不锈钢网一（5）、橡胶塞一（6）、正极（1）和安瓿瓶一（7）组成第一测量通道（8），第二聚四氟乙烯管（20）、不锈钢网二（21）、橡胶塞二（22）、负极（2）和安瓿瓶二（23）组成第二测量通道（19），多组第一测量通道（8）和第二测量通道（19）组成等温量热仪（9）；所述铜导线（10）的一端与不锈钢网一（5）相连，另一端与电池测试系统（11）相连；所述橡胶塞一（6）和橡胶塞二（22）上有孔洞，孔洞的直径与两个聚四氟乙烯管的外径配合，将聚四氟乙烯管分别从孔洞穿过，接口处进行密封；所述安瓿瓶一（7）与橡胶塞一（6）相连，安瓿瓶二（23）与橡胶塞二（22）相连，连接处进行密封。...

【技术特征摘要】
1.一种用于热电化学研究的单电极测试装置，包括正极（1）、负极（2）、电解液（3）、第一
聚四氟乙烯管（4）、第二聚四氟乙烯管（20）、不锈钢网一（5）、不锈钢网二（21）、橡胶塞一
（6）、橡胶塞二（22）、安瓿瓶一（7）、安瓿瓶二（23）、铜导线（10）、电池测试系统（11），其特征
在于：还包括抽气装置（12）和三通管（13）；所述三通管（13）由上端分支（14）、下端左侧分支
（15）和下端右侧分支（16）构成，分支之间相互连通，下端左侧分支（15）和下端右侧分支
（16）开口处分别与第一聚四氟乙烯管（4）和第二聚四氟乙烯管（20）连接，连接处进行密封；
三通管（13）的上端分支（14）开口处放置抽气装置（12），用于抽取空气，排除电解液中存在
的气泡，减小内阻，确保三通管（13）上端分支（14）的1/3～1/2位置、与上端分支（14）相连的
下端左侧分支（15）、下端右侧分支（16）以及第一聚四氟乙烯管（4）和第二聚四氟乙烯管
（20）中充满电解液（3）；所述不锈钢网一（5）和不锈钢网二（21）为集流体，分别包裹正极（1）
和负极（2），起传输离子的功能；第一聚四氟乙烯管（4）、不锈钢网一（5）、橡胶塞一（6）、正极
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一峰，宋刘斌，
申请(专利权)人：湖南女子学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43