微型参比电极、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种微型参比电极、制备方法及应用，具体涉及锂离子电池技术领域。该微型参比电极包括依次层叠设置的基底层、导电层、金属锂层和固态电解质层。基底层的材质包括单晶硅、石英、玻璃或有机聚合物中的至少一种，厚度为50

【技术实现步骤摘要】
微型参比电极、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及微型参比电极、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池拥有高电压、高能量密度、长循环寿命、低成本等优点被广泛应用于消费类电子、移动交通工具和储能等领域。在锂离子电池中引入参比电极，可以准确评估电池的状态。现有的参比电极主要有以下缺陷：
[0003]①
化学稳定性差；
[0004]②
寿命短。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种微型参比电极，以缓解现有技术中参比电极的化学稳定性差和寿命短的技术问题。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种微型参比电极的制备方法，该方法处理量大，适合大批量生产且成本低。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种微型参比电极在锂电池中的应用，该应用可随时监测锂离子电池的安全性能，评估锂电池的健康状态，避免锂电池引起的事故。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术特采用如下技术方案：
[0010]本专利技术第一方面提供了一种微型参比电极，包括依次层叠设置的基底层、导电层、金属锂层和固态电解质层。
[0011]可选地，所述基底层的材质包括单晶硅、石英、玻璃或有机聚合物中的至少一种。
[0012]优选地，所述基底层的厚度为50
‑
500μm。
[0013]优选地，所述有机聚合物包括PMMA、PDMS或PC中的至少一种。
[0014]可选地，所述基底层的材质为单晶硅，所述微型参比电极还包括绝缘层。
[0015]优选地，所述绝缘层位于所述基底层和所述导电层之间。
[0016]优选地，所述绝缘层的材质包括氧化硅和/或氮化硅。
[0017]优选地，所述绝缘层的厚度为0.1
‑
0.5μm。
[0018]可选地，所述导电层的材质包括铜和/或铂。
[0019]优选地，所述导电层的厚度为0.2
‑
1μm。
[0020]可选地，所述固态电解质层的材质包括氧化物电解质、硫化物电解质、有机聚合物电解质或LiPON型电解质中的至少一种。
[0021]优选地，所述固态电解质层的厚度为0.5
‑
2μm。
[0022]可选地，所述金属锂层的厚度为0.2
‑
2μm。
[0023]可选地，所述微型参比电极的尺寸为宽0.5
‑
2mm，长1
‑
10mm。
[0024]本专利技术第二方面提供了微型参比电极的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤A：提供基底层，在基底层上形成导电层；
[0026]步骤B：在导电层上形成固态电解质层；
[0027]步骤C：在导电层上形成金属锂层，所述金属锂层位于导电层和固态电解质层之间。
[0028]可选地，所述基底层为单晶硅层，还包括在所述单晶硅层上设置绝缘层。
[0029]优选的，所述绝缘层的设置方法包括干湿氧法。
[0030]优选地，步骤A中所述导电层的形成方式包括磁控溅射或蒸镀。
[0031]优选地，步骤B中所述固态电解质层的形成方式包括磁控溅射或脉冲激光沉积。
[0032]优选地，所述金属锂层通过电化学原位生长的方式形成。
[0033]本专利技术第三方面提供了第一方面所述的微型参比电极或第二方面所述的制备方法制备得到的微型参比电极在锂电池中的应用。
[0034]本专利技术提供的微型参比电极，将金属锂层设置于导电层和固态电解质层中间，将金属锂层保护起来，避免了金属锂与液态电解质的直接接触，防止两者发生反应出现金属锂层的溶解或接触不良，从而保证了微型参比电极的电位稳定和使用寿命。
[0035]本专利技术提供的微型参比电极的制备方法，易于控制，处理量大，成本低，适于工业化大批量生产。
[0036]本专利技术提供的微型参比电极在锂电池中的应用，可准确的检测电池电压、内阻等参数，衡量电池的充电状态或健康状态；可准确评估在使用寿命末期的动力电池的残值、安全性、健康状态等，有利于梯次利用和再生回收动力电池。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1中的(a)
‑
(c)分别为实施例1提供的微型参比电极的俯视图、透视图和斜视图；
[0039]图2为实施例1提供的含有微型参比电极半成品的锂电池结构示意图。
[0040]图标：1
‑
基底层；2
‑
绝缘层；3
‑
导电层；31
‑
导线；4
‑
金属锂层；5
‑
固态电解质层；6
‑
微型参比电极半成品；7
‑
卷芯；8
‑
锂电池；9
‑
微型参比电极极耳；10
‑
正极，11
‑
负极。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042]锂离子电池因为具有能量密度高，使用寿命长等优点已广泛应用于各种移动电子设备、电动工具、电动汽车、电动轮船、家庭与工业储能等多个领域。锂离子电池的电量、电压、内阻、温度等重要参数的在线监测通常通过电池管理系统(BMS)来实现，定期地或者连续地准确的监测电池电压、内阻等参数来衡量它们的充电状态或健康状态，对于锂离子电池的安全性能至关重要，同时能够通过建立电池的老化模型对处于使用寿命末期的动力电
池在残值、安全性、健康状态等做出准确的评估，有利于动力电池的梯次利用、再生回收的开展。
[0043]通常测得的电池电压是正负极电位的差值，实际应用中，也近似的使用小电流充放电时的电压来估算电池的充电状态(SOC)，但因为电化学极化的存在，正负极的阻抗随着电池的使用发生变化，直接测量电池电压难以准确表征电池的实际状态，比如难以监测到负极析锂的情形。也有使用电池内阻或者电化学阻抗来评估电池的状态，所测的结果也是正负极的内阻或阻抗的叠加，难以进一步判断正、负极的具体状态。
[0044]在电池中引入参比电极，分别测试正、负极相对于参比电极的电位和阻抗，可以准确的评估正、负极的实际状态。现有的含金属锂的参比电极放置在电池中，金属锂无可避免的与液态电解液中的溶剂、盐、添加剂或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型参比电极，其特征在于，包括依次层叠设置的基底层、导电层、金属锂层和固态电解质层。2.根据权利要求1所述的微型参比电极，其特征在于，所述基底层的材质包括单晶硅、石英、玻璃或有机聚合物中的至少一种；优选地，所述基底层的厚度为50
‑
500μm；优选地，所述有机聚合物包括PMMA、PDMS或PC中的至少一种。3.根据权利要求1所述的微型参比电极，其特征在于，所述基底层的材质为单晶硅，所述微型参比电极还包括绝缘层；优选地，所述绝缘层位于所述基底层和所述导电层之间；优选地，所述绝缘层的材质包括氧化硅和/或氮化硅；优选地，所述绝缘层的厚度为0.1
‑
0.5μm。4.根据权利要求1所述的微型参比电极，其特征在于，所述导电层的材质包括铜和/或铂；优选地，所述导电层的厚度为0.2
‑
1μm。5.根据权利要求1所述的微型参比电极，其特征在于，所述固态电解质层的材质包括氧化物电解质、硫化物电解质、有机聚合物电解质或LiPON型电解质中的至少一种；优选地，所述固态电解质层的厚度为0.5
‑
2μm。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧俊，李奇峰，李勇华，罗灏，
申请(专利权)人：山东零壹肆先进材料有限公司，
类型：发明
国别省市：