[發明專利]具有減少的測量偽差的參比電極實施方案

在審

• 申請號: 201710317628.8
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107490612A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: B.R.小鮑威爾;M.W.費爾布魯格;D.R.貝克
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G01N27/403
• 分類號: G01N27/403
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 成城,安文森

相關申請的交叉引用

本申請要求于2016年5月6日提交的美國臨時申請No. 62/332,693的權益。上述申請的全部公開內容通過引用并入本文。

背景技術

在薄膜電池單元中使用參比電極是慣常實踐。對不希望的偽差的分析，具體地關于參比電極在具有相對的平行電極的電池單元中和電池中的布置的分析具有悠久的歷史。

使用參比電極的意圖是將待檢查的電極（稱為工作電極）的響應與電池中的相對電極（對電極）的響應隔離。不利地，工作電極相對于參比電極的電勢能夠取決于其幾何結構和大小以及其在電池單元中的布置，而且相比于不取決于其幾何結構和大小以及其在電池單元中的布置的情況，取決于上述特征的情況更為經常。

解釋這種數據的困難部分地基于均勻電流分布的隱含假設。當該假設成立時，工作電極和隔膜中的任何固定參比點之間的電勢差如期望的那樣獨立于對電極的性質。

不利地，由于多種不同的原因，薄膜電池單元從未實現真正的均勻電流分布。因此，工作電極和參比電極之間的電勢差展現出與對電極的阻抗相關聯的“偽差（artifact）”。工作電極相對于參比電極的阻抗以及偽差通常是取決于頻率的，這使得結果的解釋復雜化。

本領域技術指出由于電流分布中的不均勻性引起的避免偽差的困難，這將設計參比電極的問題減小至使這種偽差最小化并理解他們以便不使其起因與工作電極的特性混淆的一個問題。似乎存在對于能夠被用于在多種不同狀況下評估和解釋偽差的建模工具的需要。

發明內容

本章節提供本公開的總體概述，并且不是其全部范圍或其全部特征的全面公開。

通過提供具有規定的表面電阻率的參比電極的表面，能夠最小化或消除由于薄膜電池單元構型中參比電極的存在引起的偽差。闡述了理論考慮，其示出對于給定的導線大小，存在消去由于參比線的存在引起的所有偽差的理論表面電阻（或電阻率）。進一步限定，理論和實驗結果適用于呈薄膜構型的電化學電池單元。在知道參比電極材料的表面電阻/電阻率在偽差的存在中發揮作用的情況中，通過在電極的表面上施加一層或多層電阻材料并測試偽差能夠經驗地設計參比電極。替代性地，能夠根據本文所述的理論方法計算參比電極的理論表面電阻/電阻率，并且能夠針對偽差測試所得的薄膜電化學電池單元以確認。

本發明還包括以下技術方案：

方案1. 一種薄膜電池單元，包括

工作電極；

對電極；

隔膜，其設置在所述電極之間并保持所述電極處于間隔分開的關系；

電解質，其在所述隔膜中并與所述工作電極和所述對電極流體接觸；

參比電極，其在所述對電極和所述工作電極之間設置在所述隔膜中；并且

其中，所述參比電極是導電線，其具有施加于其表面的電阻涂層。

方案2. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述電阻涂層是離子電阻涂層。

方案3. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述電阻涂層包括有機聚合物。

方案4. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述電阻涂層包括陶瓷。

方案5. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述電阻涂層包括鋁、鈣、鎂、鈦、硅或鋯的氮化物、碳化物、氧化物或硫化物。

方案6. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述參比電極具有1×10^-10 ohm-cm²或更大的表面電阻率。

方案7. 根據方案1所述的薄膜電池單元，其中，所述電解質具有電導率σ，所述電極間隔分開距離L，所述參比電極的半徑為R₀，并且所述參比電極的以ohm-cm²為單位的表面電阻率在數值上等于以cm為單位的所述半徑R₀除以以(ohm-cm)^-1為單位的所述電導率σ。

方案8. 一種包括多個電化學電池單元的電池，其中，所述電池單元中的至少一個是根據方案1所述的薄膜電池單元。

方案9. 一種根據方案8所述的鋰離子電池。

方案10. 一種構建電化學電池單元的方法，所述電化學電池單元包含由包含電解質的隔膜分開的工作電極和對電極，并且還包括呈布置在所述工作電極和所述對電極之間的導線的形式的參比電極，所述電池單元基本上沒有能夠歸因于所述參比電極的存在的阻抗偽差，所述方法包括將具有第一厚度的電阻涂層施加到所述參比電極的表面，將所述電池單元中的電極安裝在所述工作電極和所述對電極之間的空間中。