浆料电池电极材料电化学性能测试装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种浆料电池电极材料电化学性能的测试装置，该测试装置包括限定有正极区域的正极壳体、能够与正极壳体进行密封组装并限定有负极区域的负极壳体以及能够设置在正极壳体和负极壳体之间的用于将正极区域和负极区域分隔开的隔离层，其中，正极壳体和负极壳体为扣式锂离子电池的壳体，且至少在正极壳体的内部设置有与正极壳体匹配且用于容纳电极材料的第一环状件。本发明专利技术还提供了一种浆料电池电极材料电化学性能的检测方法。根据本发明专利技术的测试装置和检测方法，提高了电池电极浆料的测试效率，降低了成本。

Testing Device and Testing Method for Electrode Material of Slurry Battery

【技术实现步骤摘要】
浆料电池电极材料电化学性能测试装置及检测方法
本专利技术涉及化学电池领域，尤其涉及一种浆料电池电极材料电化学性能测试装置及检测方法。
技术介绍
浆料电池是指部分或全部电极材料包含有固体颗粒与电解液混合形成的浆料结构的电池体系，其中，锂浆料电池是一种新型的应用于大型储能的锂电池。锂浆料电池的电极片中含有电极活性导电材料层，其中，电极活性导电材料含有一定比例在电解液中悬浮或沉淀的导电颗粒，当电池受到外部冲击或震荡时，由于此部分导电颗粒没有粘接固定，因此可以在电解液中局部移动，形成动态的导电网络，由此可以避免传统锂电池电极材料脱落或松动造成的电池容量下降问题和循环寿命衰减等问题。目前，锂浆料电池的电极浆料的电化学性能需要通过特殊的测试装置来检测。研究人员进行锂浆料电池电极浆料的电化学性能检测时，多自行设计测试装置，使得测试装置具有不同的外观、尺寸和组装方法。现有技术中的大多数测试装置都是由塑料或金属材料形成正极反应腔和负极反应腔的腔体结构，组装过程中在正极反应腔和负极反应腔之间放入隔离层，并通过螺栓加压或螺纹旋紧的方式进行固定和密封。然而，现有的测试装置结构复杂，且电池反应腔的厚度不易调节，需要针对不同腔体厚度的测试要求配套专用的电池测试模具，因此，测试效率低、且成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种浆料电池电极材料电化学性能的测试装置及检测方法，以能够提高测试效率、降低测试成本。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种浆料电池电极材料电化学性能测试装置。测试装置包括限定有正极区域的正极壳体、能够与正极壳体进行密封组装并限定有负极区域的负极壳体以及能够设置在正极壳体和负极壳体之间的用于将正极区域和负极区域分隔开的隔离层，其中，正极壳体和负极壳体为扣式锂离子电池的壳体，且至少在正极壳体的内部设置有用于容纳电极材料的第一环状件。优选地，扣式锂离子电池的壳体包括LIR系列和CR系列等的扣式锂离子电池壳。具体地，LIR系列扣式锂离子电池壳包括LIR2025、LIR2032、LIR2430、LIR2450等，CR系列扣式锂离子电池壳包括CR2025、CR2032、CR2330等。扣式锂离子电池壳的外表为不锈钢材料，包括圆形顶盖的正极壳体以及圆形底盖的负极壳体。正极壳体与负极壳体之间设有绝缘密封环，密封环除了起绝缘作用外，还能阻止电解液泄漏。优选地，第一环状件为耐电解液腐蚀且不参与氧化还原反应的金属环或塑料环。优选地，电极材料包括锂浆料电池正极材料和锂浆料电池负极材料；当负极区域设置负极金属锂且正极区域设置锂浆料电池正极材料时，第一环状件为金属铝环；当负极区域设置负极金属锂且正极区域设置锂浆料电池负极材料时，第一环状件为金属铜环。本专利技术的测试装置优选用于测试锂浆料电池的电极浆料的电化学性能，也可用于测试其他电池(正极活性材料为NaMnO2、NaCoO2或NaFeO2等；负极活性材料为Na2Ti3O7、Na2Ti6O13或Fe2O3等所组成的电池)的电极材料的电化学性能。另外，本专利技术的浆料电池的电极浆料由活性材料和导电剂分散于电解液中形成。锂浆料电池的电极浆料具体指：在无液电芯中，非粘接固定的正极活性导电颗粒和/或非粘接固定的负极可嵌锂导电颗粒的堆积孔隙率可大于5％并小于60％。在浸入电解液的情况下，非粘接固定的正极活性导电颗粒和/或非粘接固定的负极可嵌锂导电颗粒能够在电解液中移动并分别形成正极浆料和/或负极浆料。正极活性导电颗粒占正极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％，负极可嵌锂导电颗粒占负极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％。正极活性导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，正极活性材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2；负极可嵌锂导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，负极可嵌锂材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2。进一步地，锂浆料电池正极活性材料可以为磷酸铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、硫酸盐化合物、硫碳复合物、硫单质、钛硫化合物、钼硫化合物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钛氧化物、锂钒氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂镍铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂铁镍锰氧化物、钠氧化物等中的一种或多种。锂浆料电池负极可嵌锂材料可以为可嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钛氧化物、锂硅氧化物、金属锂粉、石墨等中的一种或多种。导电剂可以为碳黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、无定形碳、金属导电颗粒和金属导电纤维中的一种或几种。金属导电颗粒或者纤维的材料可为铝、不锈钢或银等。优选地，第一环状件横截面的形状为三角形、长方形、正方形、多边形、圆形和椭圆形等中的一种。优选地，测试装置还包括用于容纳负极材料的第二环状件；第一环状件设置于隔离层的一侧，第二环状件与第一环状件同轴设置于隔离层的另一侧。优选地，第二环状件具有与第一环状件相同的形状。优选地，测试装置还包括用于促进电子向外电路迁移但不参与氧化还原反应的正极集流体和负极集流体；正极集流体设置于正极壳体与第一环状件之间或设置于第一环状件与隔离层之间；负极集流体设置于负极壳体与第二环状件之间或设置于第二环状件与隔离层之间。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种浆料电池电极材料电化学性能的检测方法，该检测方法采用上述的测试装置将锂浆料电池正极材料或锂浆料电池负极材料与负极金属锂组装成半电池，或者，采用上述的测试装置将锂浆料电池正极材料和锂浆料电池负极材料组装成全电池以进行充放电性能测试进而评价电极材料的电化学性能。上述电化学性能包括容量、比容量、电压平台、充放电效率、倍率性能和循环性能。优选地，当组装半电池以测试单一电极材料的电化学性能时，组装方法包括：组装正极的步骤S1：将第一环状件放置在正极壳体的中心位置，通过第一环状件的横截面积和高度计算待测锂浆料电池正极材料或锂浆料电池负极材料的理论容积，并根据理论容积取预定体积的浆料态的锂浆料电池正极材料或锂浆料电池负极材料滴加于第一环状件内；组装隔离层的步骤S2：在第一环状件上放置被浸润的隔离层；组装负极的步骤S3：在隔离层上设置负极金属锂；以及密封步骤S4：在负极金属锂上依次设置金属压片和金属弹片，并将负极壳体扣入正极壳体内加压密封成半电池；以及测试步骤S5，将组装好的半电池的正负极分别接入兰电测试系统的正负极，进行充放电性能测试。优选地，当组装全电池以测试不同正、负极材料匹配后的电化学性能时，组装方法包括：组装正极的步骤S1’：将第一环状件放置在正极壳体的中心位置，通过第一环状件的横截面积和高度计算待测锂浆料电池正极材料的理论容积，并根据理论容积取预定体积的浆料态的锂浆料电池正极材料滴加于第一环状件内；组装隔离层的步骤S2：在第一环状件上放置被浸润的隔离层；组装负极的步骤S3’：在隔离层上放置第二环状件，通过第二环状件的横截面积和高度计算待测锂浆料电池负极材料的理论容积，并根据理论容积取预定体积的浆料态的锂浆料电池负极材料滴加于第二环状件内；以及密封步骤S4’：在第二环状件上依次设置金属压片和金属弹片，并将负极壳体扣入正极壳体内加压密封成全电池；以及测试步骤S5’，将组装好的全电池的正负极分别接入兰电测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述浆料电池电极材料电化学性能测试装置包括限定有正极区域的正极壳体(100)、能够与所述正极壳体(100)进行密封组装并限定有负极区域的负极壳体(100’)以及能够设置在所述正极壳体(100)和所述负极壳体(100’)之间的用于将所述正极区域和所述负极区域分隔开的隔离层(400)，其中，所述正极壳体(100)和所述负极壳体(100’)为扣式锂离子电池的壳体，且至少在所述正极壳体(100)的内部设置有用于容纳电极材料的第一环状件(200)。

【技术特征摘要】
1.浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述浆料电池电极材料电化学性能测试装置包括限定有正极区域的正极壳体(100)、能够与所述正极壳体(100)进行密封组装并限定有负极区域的负极壳体(100’)以及能够设置在所述正极壳体(100)和所述负极壳体(100’)之间的用于将所述正极区域和所述负极区域分隔开的隔离层(400)，其中，所述正极壳体(100)和所述负极壳体(100’)为扣式锂离子电池的壳体，且至少在所述正极壳体(100)的内部设置有用于容纳电极材料的第一环状件(200)。2.根据权利要求1所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述扣式锂离子电池的壳体包括LIR系列和CR系列的扣式锂离子电池壳。3.根据权利要求1所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述第一环状件(200)为耐电解液腐蚀且不参与氧化还原反应的金属环或塑料环。4.根据权利要求3所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述电极材料包括锂浆料电池正极材料和锂浆料电池负极材料；当所述负极区域设置负极金属锂(700)且所述正极区域设置锂浆料电池正极材料时，所述第一环状件(200)为金属铝环；当所述负极区域设置负极金属锂(700)且所述正极区域设置锂浆料电池负极材料时，所述第一环状件(200)为金属铜环。5.根据权利要求1所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述第一环状件(200)横截面的形状为三角形、长方形、正方形、多边形、圆形和椭圆形中的一种。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述浆料电池电极材料电化学性能测试装置还包括用于容纳负极材料的第二环状件(200’)；所述第一环状件(200)设置于所述隔离层(400)的一侧，所述第二环状件(200’)与所述第一环状件(200)同轴设置于所述隔离层(400)的另一侧。7.根据权利要求6所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述第二环状件(200’)具有与所述第一环状件(200)相同的形状。8.根据权利要求6所述的浆料电池电极材料电化学性能测试装置，其特征在于，所述浆料电池电极材料电化学性能测试装置还包括用于促进电子向外电路迁移但不参与氧化还原反应的正极集流体(300)和负极集流体(300’)；所述正极集流体(300)设置于所述正极壳体(100)与所述第一环状件(200)之间或设置于所述第一环状件(200)与所述隔离层(400)之间；所述负极集流体(300’)设置于所述负极壳体(100’)与所述第二环状件(200’)之间或设置于所述第二环状件(200’)与所述隔离层(400)...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯彩梅，张瑜，陈永翀，王之英，张彬，张艳萍，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11