[发明专利]一种用于热电化学研究的单电极测试装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种用于热电化学研究的单电极测试装置。

背景技术

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。如发明专利（CN 102830358 B），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（Journal ofPower Sources, 2005, 146: 770-774），Lu等人（Electrochimica Acta, 2006, 51:1322-1329)，Krause等人（Journal of Electrochemical Society, 2012, 159 (7): 937-943），Ping等人（Applied energy, 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。