[实用新型]一种锂电池极片局部电化学阻抗检测装置

说明书

本实用新型涉及一种锂电池极片局部电化学阻抗检测装置，所述装置包括测试单体、恒电位仪、电压放大器、三维位置控制系统、电化学交流阻抗测试仪以及无接触式光学表面分析OSP系统；所述测试单体包括容器本体、测试探针、对电极、参比电极和工作电极；工作电极固定在容器本体底部，与电化学交流阻抗测试仪连接；测试探针垂直于工作电极上方，通过电压放大器分别与电化学交流阻抗测试仪、三维位置控制系统及恒电位仪连接；对电极垂直于工作电极上方，与三维位置控制系统和恒电位仪连接；对电极与测试探针平行放置且保持相对恒定距离；参比电极垂直于工作电极，并与恒电位仪连接。与现有技术相比，本实用新型的装置可实现锂电池极片的局部电化学阻抗测试。

技术领域

本实用新型涉及锂电池检测技术领域，尤其是涉及一种锂电池极片局部电化学阻抗检测装置。

背景技术

在过去的十几年里锂离子电池技术得到了进一步的发展，使其具有更高的能量和功率密度，并且在电子消费品、新能源汽车甚至航空航天等领域被广泛使用。锂离子电池的两个基本组成部分是正极和负极，它们由不同材料组成，但结构基本相似。在工业化的生产中，这两种电极均由一层活性材料、导电剂和粘合剂涂布在导电箔上制作而成的。为了确保电极的可靠性以及对电极的进一步研究，电池的电化学性能成为了主要的研究目标之一。

电化学阻抗谱是一种很有发展前景的电化学测量方法，它基于交流现象来反映系统的电化学性能，并且在测试的过程中不会对待测系统本身产生损害。通过测试得出系统中与频率有关的交流电阻，即所谓的阻抗，可用于研究系统内的相界特性。关于电化学阻抗谱的研究主要集中在SOC的预测、电极材料的分析、锂离子脱嵌过程和固体电解质膜等方向。

到目前为止，传统的锂电池电化学阻抗通过测量电池单体或半电池扣电来实现。对电池施加一个从高频到低频变化的正弦波电压信号或电流型号，根据输出的电流或电压信号可观察到整个系统的信号总和并阐明该系统中正在进行的反应。

但是大部分的研究仍停留在曲线分析的层面，在探究阻抗与极片表面特征之间的相关性上还未曾有更深入的发展。此外，电池在不同频率下的阻抗是由不同类型的阻抗叠加而来的，一般借助等效电路拟合的方式对电池的阻抗特征进行分析。以最简单最常用的等效电路为例，相界面处的电荷转移阻抗(Rct)和电极表面的电容(Cdl)并联，再与欧姆阻抗串联。但是，将相界处的电化学双层视作电容器以及对于RC元件在光谱中表现的半弧的拟合是基于以下假设：1)存在一个电化学活性均匀的电极表面；2)每一个物理过程都对应一个明确的频率。

但是，上述假设不适用于大多数实际的电化学系统，此外，被测电极的响应信号为电极表面上的平均信号，不能用于研究电极表面的局部现象，例如与位置和时间有关的异常反应过程或电极上SEI的生长过程。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可真实反映电极表面局部现象的锂电池极片局部电化学阻抗检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供了一种锂电池极片局部电化学阻抗检测装置，其特征在于，所述装置包括测试单体和测试装置；

所述测试单体包括带有观察窗的容器本体，以及设置在容器本体内的测试探针、对电极、参比电极和工作电极；所述容器本体中注入有电解液；

所述测试装置包括恒电位仪、电压放大器、三维位置控制系统、电化学交流阻抗测试仪以及用于测量倾斜度和表面粗糙度的无接触式光学表面分析OSP系统；

所述工作电极固定在所述容器本体底部，与电化学交流阻抗测试仪连接；所述测试探针垂直设置于所述工作电极上方，通过电压放大器分别与电化学交流阻抗测试仪、三维位置控制系统以及恒电位仪连接；所述对电极靠近测试探针且垂直设置于工作电极上方，并分别与三维位置控制系统和恒电位仪连接；所述对电极与测试探针平行放置且保持相对恒定的距离；所述参比电极垂直于工作电极且放置于容器本体一侧，与恒电位仪连接；