一种三电极体系电化学测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种三电极体系电化学测试装置，包括依次相互绝缘并密封连接的负极模具、参比模具、正极模具，负极模具设有空腔，参比模具设有环形空腔，正极模具设有盲孔并内置正极柱，正极柱上端延至环形空腔，空腔内设弹性压板装置且下端延至环形空腔，正极柱上端依次设正极片、隔膜、负极片并经弹性压板装置压紧固定，环形空腔在正极片、隔膜及负极片之外设有上下层叠并绝缘的上导套及下导套，上、下导套间设有参比电极，负极片通过弹性压板装置与负极模具电连接，正极柱与正极片电连接，负极模具、参比模具、正极模具外侧分别设有负极极耳、参比极耳、正极极耳，参比极耳与参比电极电连接。

A Three-Electrode System Electrochemical Testing Device

【技术实现步骤摘要】
一种三电极体系电化学测试装置
本技术属于电化学测试
，具体涉及一种结构简单、组装便捷、密封性好、参比电极可适性好且性能稳定，最接近实际电池的结构，借鉴性高的三电极体系电化学测试装置。
技术介绍
锂离子电池及超级电容器由于具有诸如体积小、能量密度大、功率密度高、对环境无污染等优点，已经越来越广泛地应用于各类电子产品、能量存储系统及轨道交通运输等领域。近年来，随着人们对锂离子电池及超级电容器产品性能要求的不断提高，对于其材料、性能、安全等方面的研究也不断深入。锂离子电池及超级电容器的充放电过程是正、负极同时工作的过程。充放电过程中，正、负极电位的变化对锂离子电池或超级电容器的性能起到及其重要的作用。采用三电极体系对电池或电容器的正、负极电位与参比电极电位进行对比分析、研究，可以直接得到其电化学反应过程中正、负极电位的变化特性，进而从电池内部反应机理出发，深入、有效地研究正、负极各自的性能特征，在避免电池内部发生副反应的情况下，有针对性地改善电池循环、高低温充放电、倍率充放电等性能。对电池或电容器的结构设计、极片设计、正负极比例、材料搭配、电解液成分优化等具有非常重要的指导意义。因此，提供性能稳定，结构简单、操作便捷的三电极测试体系非常重要。技术（专利号ZL200820210512.0）公开了一种模拟纽扣式锂离子电池的三电极测试体系，该体系由上模具和下模具构成，内部设有空腔以容置电极、隔膜、电解液等，可以用于测试纽扣式电池在充放电过程中的正、负极性能，测试便捷。但该三电极体系的参比电极只能采用金属锂条且其只有尖端部分与电解液接触，有效面积小，此外，该体系的参比电极置于金属材质的模具通孔内，可能导致电解液与该金属接触并发生副反应，使得参比电极稳定性差，不利于正、负极电位的测试及其性能研究。专利技术专利（CN103500859A）公布了一种锂离子电池用三电极装置，该装置包含壳体和上盖以及设置在壳体内的电芯挡板和螺栓，第一螺栓和第四螺栓连接参比电极金属柱，作为参比电极接线柱，第二螺栓和第三螺栓连接正负电极金属柱，分别作为正负电极接线柱，通过极耳将极柱与电芯的极耳和参比电极直接相连，电芯通过螺栓进行固定。该专利技术具有良好的密封性和接触性，但该装置整体由金属材质制成，参比电极柱制造和组装方法过程复杂，成本较高，且电芯结构与实际电池的结构差异大，可借鉴性差。此外，传统的三电极测试体系将参比电极放置在负极片与正极片之间，通常是位于隔膜内，从而隔膜可能需要由特定的材料（如玻璃纤维）构成和/或具有特定的厚度（如至少0.9mm厚），而且参比电极还可能需要呈现为特定的形式（如线状）和/或可能需要专用工具来完成参比电极的插入，前述这些要求可能会增加这些传统三电极测试体系的成本。另外，由于传统的三电极测试体系可能比较昂贵，因此，需要具有重复使用性，那么用于密封的材料可能需要足够弱，这样其在后续使用期间才容易被破坏/移除并替换。然而，此类较弱的密封可能会让空气进入到三电极测试体系中，从而又会导致其测试变得不可靠和/或无法完成较长的循环测试。目前的三电极测试体系存在各种各样的缺陷，如结构复杂、密封性差、结构与实体电池差异大、参比电极可选择性差（只能用金属锂）且性能不稳定，不能真实地反映出电池或电容器的正、负极在充放电过程中的实际性能特征。此外，电解液填充较多或不足，引起电池内部极化作用的变化，以及电解液与三电极测试体系（尤其是上述由金属材料制成的参比体系）发生副反应等问题，同样不能实现对电池或电容器的正、负极性能的准确表征。
技术实现思路
本技术针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种结构简单、组装便捷、密封性好、参比电极可适性好且性能稳定，最接近实际电池的结构，借鉴性高的三电极体系电化学测试装置。本技术是这样实现的：包括依次相互绝缘并密封连接的负极模具、参比模具、正极模具，所述负极模具设置有空腔，所述参比模具设置有上下开口的环形空腔，所述正极模具的顶端设置有盲孔，所述盲孔内设置有“T”形金属的正极柱，所述正极柱的上端延伸至环形空腔内，所述空腔内设置有弹性压板装置，所述弹性压板装置的下端延伸至环形空腔内并与正极柱的上端相对，所述环形空腔内正极柱的上端依次设置有正极片、隔膜、负极片并经弹性压板装置压紧固定，所述环形空腔内在正极片、隔膜及负极片之外设置有上下层叠并绝缘的上导套及下导套，所述上导套及下导套之间设置有参比电极，所述负极片通过弹性压板装置与负极模具电连接，所述正极柱与正极片电连接，所述负极模具、参比模具、正极模具的外侧分别对应设置有负极极耳、参比极耳、正极极耳，所述负极极耳与负极模具电连接，所述参比极耳与参比电极电连接，所述正极极耳与正极模具电连接。本技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本技术通过可拆分的负极模具、参比模具、正极模具及其内部组件构成，正极片、隔膜及负极片及参比电极由压紧机构压紧固定，而且均可自由的拆卸、调整，在确保稳定性的同时兼顾了灵活性，结构简单、组装便捷、密封性好，最接近实际电池结构，借鉴性高，完成测试后易于拆解与清洗，可重复使用。2、本技术的正极片、隔膜及负极片与参比电极的相对位置可由弹性压板装置调整，从而能够有效提高测试结果的准确性。3、本技术的参比电极设置于正极片、隔膜及负极片的外侧，从而隔膜可以是醋酸纤维素（CA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、PE和PP的共混物单层多孔膜，或是PE和/或PP的多层结构化多孔膜，隔膜的厚度可根据需要选择；参比电极可以采用环、丝、条、棒等不同形状具有电化学活性的锂、银、铜等金属制成，隔膜和参比电极的可选择性好、可适性强、性能稳定，因此可有效控制本技术的成本。4、本技术可以同时检测电池或电容器正、负极在充放电过程中的电位变化，并有针对性地对正、负极性能进行改善研究。5、本技术的参比模具由聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTFE）、高密度聚乙烯（HDPE）或有机玻璃（PMMA）等电绝缘、电化学惰性且具有优异机械强度的材质制成，不与电解液发生副反应，性能稳定。6、本技术通过注液孔添加电解液，提高了安全性和便利性，再通过负极模具、参比模具、正极模具构成的主体中封闭的空腔来容置电解质，以减少外界环境的影响，使其与具有较大面积的参比电极充分接触，而且通过外置负极极耳、参比极耳及正极极耳避免与电解质相接触，提高了测试结果的准确性。7、本技术采用的正极片、隔膜、负极片、电解液均与扣式电池或电容器一致，其制备过程简单，无需特殊结构和工艺。8、本技术的组成部件可以重复使用，其相对于扣式电池或电容器，具有成本更低等显著特点；另外，本技术的三电极体系电化学测试装置也可以不使用参比电极，组装成两电极电池或电容器，从而可适性更好。因此，本技术具有结构简单、组装便捷、密封性好、参比电极可适性好且性能稳定，内部结构最接近实际电池的结构，可借鉴性高。附图说明图1为本技术侧视剖面图；图2为图1之参比模具立体结构示意图；图3为本技术用于高电压超级电容器的充放电性能测试曲线；图1和2中：1-负极模具，1A-空腔，2-参比模具，2A-环形空腔，2B-压片槽，2C-沉头孔Ⅱ，2D-通孔Ⅱ，3-正极模具，3A-盲孔，4-正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电极体系电化学测试装置，其特征在于包括依次相互绝缘并密封连接的负极模具（1）、参比模具（2）、正极模具（3），所述负极模具（1）设置有空腔（1A），所述参比模具（2）设置有上下开口的环形空腔（2A），所述正极模具（3）的顶端设置有盲孔（3A），所述盲孔（3A）内设置有“T”形金属的正极柱（4），所述正极柱（4）的上端延伸至环形空腔（2A）内，所述空腔（1A）内设置有弹性压板装置（5），所述弹性压板装置（5）的下端延伸至环形空腔（2A）内并与正极柱（4）的上端相对，所述环形空腔（2A）内正极柱（4）的上端依次设置有正极片、隔膜、负极片并经弹性压板装置（5）压紧固定，所述环形空腔（2A）内在正极片、隔膜及负极片之外设置有上下层叠并绝缘的上导套（6）及下导套（7），所述上导套（6）及下导套（7）之间设置有参比电极（8），所述负极片通过弹性压板装置（5）与负极模具（1）电连接，所述正极柱（4）与正极片电连接，所述负极模具（1）、参比模具（2）、正极模具（3）的外侧分别对应设置有负极极耳（10）、参比极耳（11）、正极极耳（12），所述负极极耳（10）与负极模具（1）电连接，所述参比极耳（11）与参比电极（8）电连接，所述正极极耳（12）与正极模具（3）电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种三电极体系电化学测试装置，其特征在于包括依次相互绝缘并密封连接的负极模具（1）、参比模具（2）、正极模具（3），所述负极模具（1）设置有空腔（1A），所述参比模具（2）设置有上下开口的环形空腔（2A），所述正极模具（3）的顶端设置有盲孔（3A），所述盲孔（3A）内设置有“T”形金属的正极柱（4），所述正极柱（4）的上端延伸至环形空腔（2A）内，所述空腔（1A）内设置有弹性压板装置（5），所述弹性压板装置（5）的下端延伸至环形空腔（2A）内并与正极柱（4）的上端相对，所述环形空腔（2A）内正极柱（4）的上端依次设置有正极片、隔膜、负极片并经弹性压板装置（5）压紧固定，所述环形空腔（2A）内在正极片、隔膜及负极片之外设置有上下层叠并绝缘的上导套（6）及下导套（7），所述上导套（6）及下导套（7）之间设置有参比电极（8），所述负极片通过弹性压板装置（5）与负极模具（1）电连接，所述正极柱（4）与正极片电连接，所述负极模具（1）、参比模具（2）、正极模具（3）的外侧分别对应设置有负极极耳（10）、参比极耳（11）、正极极耳（12），所述负极极耳（10）与负极模具（1）电连接，所述参比极耳（11）与参比电极（8）电连接，所述正极极耳（12）与正极模具（3）电连接。2.根据权利要求1所述三电极体系电化学测试装置，其特征在于所述负极片与弹性压板装置（5）之间设置有压片装置Ⅰ（9），所述压片装置Ⅰ（9）顶端设置有带孔圆弧凹槽，所述负极模具（1）为法兰结构且空腔（1A）上下开口并设置有螺纹，所述弹性压板装置（5）包括底端为圆弧状的“T”形金属柱Ⅰ（5A）、环状弹性元件（5B）、上部带外螺纹的阶梯状金属柱Ⅱ（5C），所述弹性元件（5B）套接于金属柱Ⅰ（5A）的上部且与金属柱Ⅱ（5C）的底端接触，所述金属柱Ⅱ（5C）通过螺纹与负极模具（1）连接，所述金属柱Ⅰ（5A）的圆弧状底端与压片装置Ⅰ（9）的带孔圆弧凹槽紧密接触，所述负极模具（1）的空腔（1A）上端螺纹连接有封口盖（14）。3.根据权利要求2所述三电极体系电化学测试装置，其特征在于所述金属柱Ⅱ（5C）顶端设置有“一”字形槽、“十”字形槽或沉头多边形槽，所述压片装置Ⅰ（9）...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文，成方，向富维，
申请(专利权)人：昆明云大新能源有限公司，
类型：新型
国别省市：云南,53