一种锂离子三电极软包电池及其测试方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810436391.X
(22)申请日 2018.05.09
(71)申请人 合肥国轩高科动力能源有限公司
地址 230000 安徽省合肥市新站区岱河路
599号
(72)发明人 庄向阳　郑奇　王光俊　吴翰杰　
(74)专利代理机构 合肥市长远专利代理事务所
(普通合伙) 34119
代理人 叶美琴
(51)Int.Cl.
H01M 10/0525(2010.01)
H01M 10/058(2010.01)
H01M 2/02(2006.01)
G01R 31/36(2006.01)
(54)发明名称一种锂离子三电极软包电池及其测试方法(57)摘要本发明公开了一种锂离子三电极软包电池，包括：铝塑膜、电芯、参比电极、电解液、正极耳和负极耳；参比电极插入电芯内的一端包裹有锂片，正极耳和负极耳分别焊接连接电芯的正极和负极，铝塑膜包裹电芯和参比电极，且参比电极伸出铝塑膜。

本发明一种锂离子三电极软包电池易于制作，且该软包电池和商品化的二电极软包结构相近，电解液量相当，使得该三电极软包电池在充放电过程中，正负极的极化情况接近二电极软包电池。

如此，在测试过程中，通过多通道电压记录仪获取的正、负极相对于参比电极的电位能够反映二电极软包电池在充放电过程中的正、负极电位变化，从而作为二电极软包电池的析锂电位判断的标准，
对设计充电方法有重要作用。

权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 108630980 A 2018.10.09
C N 108630980
A
1.一种锂离子三电极软包电池，其特征在于，包括：铝塑膜(1)、电芯(2)、参比电极(3)、电解液、正极耳(4)和负极耳(5)；参比电极(3)插入电芯(2)内的一端包裹有锂片(31)，正极耳(4)和负极耳(5)分别焊接连接电芯(2)的正极和负极，铝塑膜(1)包裹电芯(2)和参比电极(3)，且参比电极(3)伸出铝塑膜(1)。

2.如权利要求1所述的锂离子三电极软包电池，其特征在于，参比电极(3)制作方法为：将锂片(31)折叠包住参比电极极耳一端，碾压锂片(31)将锂片(31)和参比电极极耳紧密贴合后用隔膜(34)包覆，制成参比电极(3)。

3.如权利要求2所述的锂离子三电极软包电池，其特征在于，锂片(31)长度为8～13mm，宽度为5～12mm，厚度为0.5～1mm。

4.如权利要求2所述的锂离子三电极软包电池，其特征在于，参比电极极耳由胶片(32)和贯穿胶片(32)的金属镍带(33)组成，锂片(31)包裹在金属镍带(33)远离胶片(32)的一端。

5.如权利要求4所述的锂离子三电极软包电池，其特征在于，金属镍带(33)的厚度为0.1～0.5mm，宽度为2～5mm。

6.如权利要求1至4任一项所述的锂离子三电极软包电池，其特征在于，制作方法如下：S1、将电芯(2)的正极和负极分别焊接正极耳(4)和负极耳(5)；
S2、将参比电极(3)插入电芯(2)内层极片之间，制成三电极裸电芯(2)；
S3、电芯(2)和参比电极(3)经铝塑膜(1)包覆后，热封固定正极耳(4)、负极耳(5)和参比电极极耳；
S4、向电芯(2)内注入电解液并热封口，获得三电极电池。

7.一种锂离子三电极软包电池测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极(3)、负极/参比电极(3)；
(2)将软包电池的正、负极连接至自动充放电设备，对软包电池进行充放电；
(3)将多通道记录仪的数据导出，获得电池在不同充放电过程中，正、负极相对于参比电极(3)的电位。

权　利　要　求　书1/1页CN 108630980 A
一种锂离子三电极软包电池及其测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子三电极软包电池及其测试方法。

背景技术
[0002]锂离子电池广泛应用于电子消费品和新能源汽车。

随着人们对充电速度的要求越来越高，充电倍率需要相应地提高。

在特定温度下，以大电流充电，负极的极化电位较大，在充电在一定电压后，负极电位会降到0V以下(相对于Li/Li+),负极表面会析锂，影响电池的安全性以及循环寿命。

为了监测在特定温度和特定电流下，负极开始析锂时(负极相对于Li/Li+电位降至0V)对应的正负极之间的电压，为设计充电方法提供依据，研究人员需要用三电极电池来监测析锂时正负极电位。

[0003]中国专利CN107026282A公开了一种锂离子电池三电极体系及其测试方法，该三电极体系由锥形瓶、电池电芯及其固定安装在电池电芯内的三电极构成。

该三电极体系具有装置简单、易操作等优点，但是该体系中，电解液量比实际软包电池大很多，不能准确模拟实际软包电池充放电时的极化情况。

发明内容
[0004]基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子三电极软包电池及其测试方法。

[0005]本发明提出的一种锂离子三电极软包电池，包括：铝塑膜、电芯、参比电极、电解液、正极耳和负极耳；参比电极插入电芯内的一端包裹有锂片，正极耳和负极耳分别焊接连接电芯的正极和负极，铝塑膜包裹电芯和参比电极，且参比电极伸出铝塑膜。

[0006]优选地，参比电极制作方法为：将锂片折叠包住参比电极极耳一端，碾压锂片将锂片和参比电极极耳紧密贴合后用隔膜包覆，制成参比电极。

[0007]优选地，锂片长度为8～13mm，宽度为5～12mm，厚度为0.5～1mm。

[0008]优选地，参比电极极耳由胶片和贯穿胶片的金属镍带组成，锂片包裹在金属镍带远离胶片的一端。

[0009]优选地，金属镍带的厚度为0.1～0.5mm，宽度为2～5mm。

[0010]优选地，制作方法如下：
[0011]S1、将电芯的正极和负极分别焊接正极耳和负极耳；
[0012]S2、将参比电极插入电芯内层极片之间，制成三电极裸电芯；
[0013]S3、电芯和参比电极经铝塑膜包覆后，热封固定正极耳、负极耳和参比电极极耳；[0014]S4、向电芯内注入电解液并热封口，获得三电极电池。

[0015]一种锂离子三电极软包电池测试方法，包括如下步骤：
[0016](1)将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极；
[0017](2)将软包电池的正、负极连接至自动充放电设备，对软包电池进行充放电；[0018](3)将多通道记录仪的数据导出，获得电池在不同充放电过程中，正、负极相对于参比电极的电位。

[0019]本发明一种锂离子三电极软包电池易于制作，且该软包电池和商品化的二电极软包结构相近，电解液量相当，使得该三电极软包电池在充放电过程中，正负极的极化情况接近二电极软包电池。

如此，在测试过程中，通过多通道电压记录仪获取的正、负极相对于参比电极的电位能够反映二电极软包电池在充放电过程中的正、负极电位变化，从而作为二电极软包电池的析锂电位判断的标准，对设计充电方法有重要作用。

附图说明
[0020]图1为本发明提出的一种锂离子三电极软包电池的参比电极结构图；
[0021]图2为本发明提出的一种锂离子三电极软包电池结构图；
[0022]图3为图2所示软包电池的制作方法流程图；
[0023]图4为图2所示软包电池的测试方法流程图；
[0024]图5为实施例1化成过程中正极与负极、电池正极与参比电极以及电池负极与参比电极之间的电位变化曲线；
[0025]图6为实施例2室温1C充放电过程中正极与负极、电池正极与参比电极以及电池负极与参比电极之间的电位变化曲线。

具体实施方式
[0026]参照图1，本发明提出的一种锂离子三电极软包电池，包括：铝塑膜1、电芯2、参比电极3、电解液、正极耳4和负极耳5。

参比电极3插入电芯2内的一端包裹有锂片31，正极耳4和负极耳5分别焊接连接电芯2的正极和负极，铝塑膜1包裹电芯2和参比电极3，且参比电极3伸出铝塑膜1。

[0027]本实施方式中提供的锂离子三电极软包电池制作方法包括以下步骤。

[0028]S1、将电芯2的正极和负极分别焊接正极耳4和负极耳5，具体可采用锡焊的方式。

[0029]S2、将参比电极3插入电芯2内层极片之间，制成三电极裸电芯2。

[0030]本步骤中，参比电极3制作方法为：将锂片31折叠包住参比电极极耳一端，碾压锂片31将锂片31和参比电极极耳紧密贴合后用隔膜34包覆，制成参比电极3。

本实施方式中，锂片31长度为8～13mm，宽度为5～12mm，厚度为0.5～1mm。

具体实施时，参比电极极耳可采用胶片32和贯穿胶片32的金属镍带33组成，锂片31包裹在金属镍带33远离胶片32的一端。

金属镍带33的厚度为0.1～0.5mm，宽度为2～5mm。

[0031]S3、电芯2和参比电极3经铝塑膜1包覆后，热封固定正极耳4、负极耳5和参比电极极耳，以保证电芯2的密封性能。

[0032]S4、向电芯2内注入电解液并热封口，获得三电极电池。

[0033]通过以上方法获得的锂离子三电极软包电池易于制作，并且其在充放电过程中的极化接近实际二电极软包电池，能够反映二电极软包电池在充放电过程中的正、负极电位变化，确定软包电池的析锂电位，对设计充电方法有重要作用。

[0034]上述锂离子三电极软包电池的测试方法，包括如下步骤：
[0035](1)将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极。

如此，多通道电压记录仪的三个电压通道分别用于获取电池的正极和负极之间的电压、电池正极和参比电极之间的压差、电池负极和参比电极之间的压差。

[0036](2)将软包电池的正、负极连接至自动充放电设备，对软包电池进行充放电。

(3)将多通道记录仪的数据导出，获得电池在不同充放电过程中，正、负极相对于参比电极的电位。

结合上一步，本步骤中获得的正、负极相对于参比电极的电位能够反映二电极软包电池在充放电过程中的正、负极电位变化，从而作为二电极软包电池的析锂电位判断的标准。

[0037]以下，结合几个具体的实施例，对以上软包电池和测试方法做进一步阐释。

[0038]实施例1
[0039]用叠片机将正、负极片和电芯2隔膜叠成软包电芯，并将软包电芯的正极和负极分别焊接正极极耳和负极极耳，其中正极极耳和负极极耳的厚度为0.4～1mm，宽度为20～30mm。

[0040]将锂片31折叠包住参比电极极耳一端，用圆柱体碾压锂片31，使锂片31和参比电极极耳紧密贴合，最后在参比电极极耳有锂片31一端包覆一层隔膜34，即得到参比电极3，如图1所示。

参比电极极耳的厚度为0.1～0.5mm，宽度为2～5mm。

锂片31长度为8～13mm，宽度为5～12mm，厚度为0.5～1mm。

[0041]将上述制得的参比电极3有锂片31一端插入软包电芯内层中间，得到三电极裸电芯。

[0042]三电极裸电芯经铝塑膜1包覆后分布热封正负极侧边和参比电极3侧边，固定正、负极极耳及参比电极极耳。

[0043]注入电解液后，抽真空、热封口，三电极软包电池即得，如图2所示。

[0044]将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极。

[0045]将软包的正、负极连接至自动充放电设备，对三电极软包进行化成，从多通道电压记录仪导出各测试通道的数据，即可得到化成过程中正、负极相对于参比电极的电位，如图5所示。

[0046]实施例2
[0047]同实施例1制备出三电极软包电池，并进行化成、老化、分容。

[0048]将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极。

[0049]将软包的正、负极连接至自动充放电设备，在室温下，以1C的倍率进行恒流充电和放电。

[0050]从多通道电压记录仪导出各测试通道的数据，即可得到化成过程中正、负极相对于参比电极的电位。

找到充电过程中负极相对于参比电极的电位降至0V的时间，正、负极之间的电位差，即该软包体系室温下1C充电时的析锂电位。

[0051]实施例3
[0052]同实施例1制备出三电极软包电池，并进行化成、老化、分容。

[0053]将三电极软包置于0℃恒温箱，静置2小时后，将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极。

[0054]将软包的正、负极连接至自动充放电设备，以2C的倍率进行恒流充电和放电。

[0055]从多通道电压记录仪导出各测试通道的数据，即可得到化成过程中正、负极相对于参比电极的电位。

找到充电过程中负极相对于参比电极的电位降至0V的时间，正、负极之间的电位差，即该软包体系在0℃的温度下2C充电时的析锂电位，如图6所示。

[0056]实施例4
[0057]同实施例1制备出三电极软包电池，并进行化成、老化、分容。

[0058]将三电极软包置于-20℃恒温箱，静置2小时后，将多通道电压记录仪的三个电压通道分别接正极/负极、正极/参比电极、负极/参比电极。

[0059]将软包的正、负极连接至自动充放电设备，以0.5C的倍率进行恒流充电和放电。

[0060]从多通道电压记录仪导出各测试通道的数据，即可得到化成过程中正、负极相对于参比电极的电位。

找到充电过程中负极相对于参比电极的电位降至0V的时间，正、负极之间的电位差，即该软包体系在-20℃的温度下0.5C充电时的析锂电位。

[0061]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

图1
图2
图3
图4
图5
图6。