[发明专利]锂离子电池电极应力原位测量系统

说明书

一种电化学能源技术领域锂离子电池电极应力原位测量系统，包括：充放电测试电路和高频电容测量电路；所述充放电测试电路设有第一电源，所述高频电容测量电路设有第二电源，第一电源和第二电源构成双通道电源，所述双通道电源与继电器切换模块电连接，通过继电器切换模块控制充放电测试电路或高频电容测量电路连通进行原位测量；控制模块控制充放电循环测试及高频电容测量进行；数据处理模块根据充放电循环测试数据和高频电容测量数据输出锂离子纽扣电池电极应力原位测量数据。本发明通过测量锂离子纽扣电池充放电后电容的变化推测电极应力的变化，采用的设备仪器简单，且降低了原位测量的难度，测量成本低。

技术领域

本发明涉及的是一种电化学能源领域的技术，具体是一种锂离子电池电极应力原位测量系统。

背景技术

自从锂离子电池在1973年被索尼公司研发上市以来，其商用负极材料一直采用的是传统石墨电极，但石墨电极理论比容量只有372mAh/g，不足以满足现有高性能电子设备的需求，因此需要开发一种新型高比容量电极材料予以替代。

Li_4.4Si结构的硅负极材料具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(约为0.5V)，理论比容量是传统石墨电极的十倍。因此，硅成为锂离子电池中新型材料最富有潜力的材料之一。但是，该材料也存在很多缺点，需要予以克服。首先，硅作为半导体材料，导电率相比其他金属、碳基材料较低，需要合适的方法提高其自身导电率，为锂离子嵌入脱出提高更为快速的通道；其次，硅材料在充放电过程中，随着锂离子的嵌入脱出，会产生非常大的体积变化，最大体积超过原本的300％，将给负极结构带来巨大的应力，导致负极结构稳定性降低，电极内部发生碎裂，逐渐粉化，结构崩塌，接触电阻增大，最终导致循环性能降低；同时这种碎裂还会导致更多不导电SEI(Solid electrolyte interphase，固体电解质界面膜)的生成，加剧硅材料的腐蚀和能量衰减，最终导致电池性能降低。

目前对Li_4.4Si结构硅负极材料进行了诸多改进，同时研究人员开发了多种原位测量方法对锂离子电池充放电循环前后电极表面结构与形貌、电极材料复合情况、电极应力变化等进行表征，以便对改进后材料进行评估。现有的原位测量方法多借助于高精密仪器如透射电子显微镜、X射线衍射仪、原子力显微镜对材料的观测实现，测量仪器昂贵复杂，并且通常需要严格的测试环境。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种锂离子电池电极应力原位测量系统，通过测量锂离子纽扣电池充放电后电容的变化推测电极应力的变化，采用的设备仪器简单，且降低了原位测量的难度，测量成本低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：

充放电测试电路，与锂离子纽扣电池正负极电连接，对锂离子纽扣电池进行充放电循环测试，输出充放电循环测试数据；

高频电容测量电路，与锂离子纽扣电池正负极电连接，对经充放电循环测试的锂离子纽扣电池进行高频电容测量，输出高频电容测量数据；

所述充放电测试电路设有第一电源，所述高频电容测量电路设有第二电源，第一电源和第二电源构成双通道电源，所述双通道电源与继电器切换模块电连接，通过继电器切换模块控制充放电测试电路或高频电容测量电路连通，进行原位测量；

控制模块，与充放电测试电路、高频电容测量电路分别电连接输出控制信号控制充放电循环测试及高频电容测量进行；

数据处理模块，与充放电测试电路、高频电容测量电路分别电连接，根据充放电循环测试数据和高频电容测量数据输出锂离子纽扣电池电极应力原位测量数据。

所述控制模块与继电器切换模块电连接并输出电路通断控制信号。