[發明專利]一種可原位表征鋰電池電解液三維浸潤過程的定量化方法

在審

• 申請號: 201910652933.1
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110380124A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 陳浩森;宋維力;梁智博;楊樂;王潘丁
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;G01N23/046;G01R31/385
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種可原位表征鋰電池電解液三維浸潤過程的定量化方法，屬于電池原位表征領域。通過向電解液中添加造影劑，在不影響電池性能的前提下實現電解液浸潤過程的CT掃描，并對電解液浸潤過程進行定量化分析，從而分析電解液的浸潤機理。本方法包括：CT?鋰電池注液系統搭建、造影劑種類選擇、CT圖像后處理等。本發明可以對電池注液裝置抽真空，從而可以使電池的測試環境更加接近實際的注液環境，并向電解液中添加造影劑增加電解液在CT圖像中的顯影度，以便更準確得定量化分析電解液在電池中的注液過程，從而指導電池的產業化生產以及后續的研究。

技術領域

本發明涉及一種電池電解液浸潤機理的原位測試方法，特別涉及一種可原位表征鋰電池電解液三維浸潤過程的定量化方法，屬于電池原位表征領域。

背景技術

隨著化石能源的日益短缺，新型可再生能源的開發成為人們關注的熱點。而二次電池作為一種清潔能源的載體，因其能量密度高、循環性能好、清潔環保等優點廣泛應用于電子通訊、軌道交通、航空航天等各個領域，是發展潛力巨大的新一代無污染能源。然而隨著電池尺寸的增大，在電池生產過程中，電池注液之后，電池內部電極會出現電解液未浸潤電極的現象。鋰離子電池中，電解液是鋰離子傳輸的媒介，正極和負極之間通過電解液交換鋰離子。如果正負極之間沒有電解液，那么這部分電極就無法工作，這將導致電池內部部分電極材料沒有發揮容量,并且增加電池阻抗，從而使電池的能量密度降低；另外，電池內阻的增大也會使電池發熱，導致電池熱失控等安全性問題。這些問題將限制電動汽車的續航里程，甚至引起電動汽車的安全性問題。

目前，已知文獻中研究電池中電解液浸潤性的技術有電化學阻抗法、中子成像等方法。首先電化學阻抗法是目前監測電池中電解液浸潤性良好的重要手段，但是這種方法只能檢測出電解液浸潤整體電池的程度，并不能檢測出電池的沒有浸潤電解液的具體部位；

中子成像方法是和投影一樣的得到電解液浸潤電池的整體平面二維圖像，這種方法可以檢測出電解液浸潤電池的二維過程，而且可以通過這種方法得到電池中未浸潤電解液的部位。但是由于鋰電池內部是復雜的多層結構，中子成像并不能具體獲得電池內部某層隔膜沒有浸潤電解液，而且如果電池內部一部分隔膜未浸潤電解液，其他層隔膜浸潤電解液，這種方法會誤判為電池內部隔層都已浸潤電解液；另外，中子成像得到的電解液浸潤電池的二維過程不能獲得電解液在電池層間的浸潤過程，難以分析電解液在電池層間浸潤機理，不便于對電池內部進行優化分析，因此目前的研究中缺乏原位檢測電解液浸潤電池三維過程的實驗技術來研究電解液在電極層間的浸潤機理。

發明內容

本發明的目的是提供一種可原位表征鋰電池電解液三維浸潤過程的定量化方法。該方法能夠實現電解液在電池中國浸潤三維過程的原位掃描和定量化分析。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種可原位表征鋰電池電解液三維浸潤過程的定量化方法，具體步驟如下：

步驟一、將未注入電解液的電池放置在真空密閉空間中；

步驟二、將碘化鋰溶于電解液于中，除去未溶解的碘化鋰，得到電解液A；

步驟三、將步驟二制備的電解液A注入到步驟一的電池中后，進行CT掃描，通過多次掃描能夠觀察到電解液浸潤電池的過程；對CT掃描圖像進行處理，能夠得到電解液未浸潤電池的區域，以及定量化分析；

實現上述方法的裝置，包括：CT裝置、電池原位注液裝置、抽真空裝置和儲液裝置；電池原位注液裝置用于放置未注入電解液的電池；儲液裝置中的電解液通過管路注入電池；CT裝置用于對電池進行掃描；抽真空裝置用于抽真空；卷繞式鋰電池中，電解液在最內圈和最外圈電解液浸潤速度最快，在中間圈的浸潤速度最慢；

還包括加載裝置，所述加載裝置為板型結構，電池放置在兩個加載裝置之間，然后通過螺栓固定，并通過螺栓實現壓力的加載；壓力越大電解液在電池層間浸潤速度越慢。

有益效果