[實用新型]一種用于分析鋰電池界面變化及產氣的實驗裝置

有效

• 申請號: 202222160818.2
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN218382514U
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 鄭甘雨;夏驥;牟麗莎;周安健
• 申請（專利權）人: 重慶長安新能源汽車科技有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30;G01N30/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 張莉

本實用新型涉及一種用于分析鋰電池界面變化及產氣的實驗裝置。其包括電化學石英晶體微天平、氣體檢測裝置和載氣瓶；電化學石英晶體微天平包括電化學反應單元、振蕩器和電化學工作站；電化學反應單元包括與電化學工作站相連的參比電極、對電極和工作電極，三電極位于電解槽的電解液中；振蕩器與工作電極和電化學工作站相連，工作電極的表面涂抹電極材料，通過化學石英晶體微天平獲得電極材料的質量變化和電化學參數的測量；電解槽的一端連通載氣瓶，另一端連通氣體檢測裝置，通過載氣瓶對電解槽提供惰性氣體，并利用氣體檢測裝置實現對被測電極材料表面產氣的測量。本實用新型能準確分析鋰電池負極表面的界面變化情況和產生氣體的變化情況。

技術領域

本實用新型涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于分析鋰電池界面變化及產氣的實驗裝置。

背景技術

在鋰離子電池首次充放電過程中，有機電解液容易在負極表面發生分解并初步形成固態電解質中間相(SEI)，并伴隨大量可燃性氣體的產生。在此后的長期循環反應中，SEI膜將反復破裂并重復生長，持續產生氣體導致電池內部壓力增加、電池脹氣、極片膨脹后活性物質脫落，最終導致電池發生熱失控、失火或爆炸等問題。因此，研究分析電池極片不同階段的界面變化及產氣原理對于預防電池熱失控，提高電池安全系數有著至關重要的作用。

現有技術中，研究電池產氣原理的方法主要有電化學質譜技術以及原位氣相色譜技術。這兩種方法都是經過實時分析電化學反應生成氣體的變化情況，進而推斷電化學反應機理及動力學參數。但是這兩種方法只是對生成氣體進行定性分析，而沒有對氣體進行定量分析，且也沒有研究不同階段的界面變化，因此，對電池負極表面發生的電化學反應及產氣機理的研究相對有限，從而對提高鋰離子電池安全性的指導意義不大。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種用于分析鋰電池界面變化及產氣的實驗裝置，以準確分析鋰電池負極表面的界面變化情況和產生氣體的變化情況，從而為提高鋰離子電池的安全性、改善鋰離子電池的電化學性能提供可靠性參考。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種用于分析鋰電池界面變化及產氣的實驗裝置，包括電化學石英晶體微天平、氣體檢測裝置和載氣瓶；

所述電化學石英晶體微天平包括電化學反應單元、振蕩器和電化學工作站；

所述電化學反應單元包括參比電極、對電極、工作電極和電解槽，所述參比電極、對電極和工作電極均與所述電化學工作站相連，并均位于所述電解槽的電解液中；

所述振蕩器分別與所述工作電極和所述電化學工作站相連，所述工作電極的表面用于涂抹被測電極材料，通過振蕩器實現對被測電極材料諧振頻率的檢測，同時通過電化學工作站實現對電化學參數的同步測量，從而獲得被測電極材料的質量變化；

所述電解槽的一端連通所述載氣瓶，另一端連通所述氣體檢測裝置，通過所述載氣瓶對電解槽提供惰性氣體，并利用氣體檢測裝置實現對被測電極材料表面產氣的測量。

根據上述技術手段，通過設置電化學反應單元、振蕩器和電化學工作站共同組成電化學石英晶體微天平，然后將被測的鋰電池電極材料涂抹在電化學反應單元中的工作電極表面，與參比電極和對電極一起組成三電極電化學反應單元。進行充放電反應測試時，通過振蕩器檢測測試過程中被測電極材料的諧振頻率，以及電化學工作站檢測測試過程中被測電極材料的電位變化，以獲得電極材料表面的質量變化，從而通過質量變化與可能存在的固態產物理論值進行對比，即可判斷出電極材料進行電化學反應所產生的固態產物；同時，通過載氣瓶向電解槽中輸入惰性氣體，使得測試過程中電極材料發生電化學反應所產生的氣體流入氣體檢測裝置中，從而通過氣體檢測裝置準確測量被測電極材料發生電化學反應過程中產生氣體的種類。然后通過獲得的固態產物結合產生氣體的種類得到化學反應方程式，通過質量守恒原理計算得到氣體的產量，從而準確分析鋰電池負極表面的界面變化情況和產生氣體的變化情況，進而為提高鋰離子電池的安全性、改善鋰離子電池的電化學性能提供可靠性指導。