CN106099164B - 一种圆柱型电池三电极装置及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种圆柱型电池三电极装置及其组装方法。三电极装置包括壳体、正极片、负极片、隔膜、上模具、下模具、参比电极、参比电极柱，其中隔膜分别夹设于每一层正极片和每一层负极片之间，并由正极片、负极片、隔膜三者共同围卷制成圆柱状卷芯，圆柱状卷芯中填充有电解液；所述圆柱状卷芯安装在壳体中，下模具安装在壳体的开口处，参比电极柱的末端从下模具的中心孔插入到圆柱状卷芯中心部的空腔中，参比电极安装在参比电极柱的末端上，上模具通过螺纹旋紧固定在下模具上。本发明旨在解决现有技术中的三电极装置结构复杂，容量低，借鉴性差，密封性不好等缺陷，而且填补了圆柱型锂离子电池的三电极体系的空白。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种圆柱型电池三电极装置及其组装方法。
背景技术
采用三电极体系提取电池正负极电势与参比电极电势对比，可以直接得到电化学反应过程中正负极电位的变化。进而从电池内部反应机理出发，在避免电池内部发生副反应的情况下，研究电池循环、高低温充放电、倍率充放电等性能。在电池结构设计、极片设计、正负极比例、材料搭配、电解液成分优化等具有非常重要的指导意义。因此，提供性能稳定，结构简单的三电极结构非常重要。
发明专利(申请公布号 CN 105470577 A)公布了一种软包装锂离子电池三电极组装方法，该方法无需额外的装置及额外电解液，参比电极在电池装配过程中直接从电池包装中引出，由铝塑膜热封固定，可以适合任何型号的软包装锂离子电池。采用塑膜热封固定，密封性不好，同侧极耳之间间隙容易出现渗液，易造成测试结果异常。实用新型（专利号ZL 200820210512.0）公开了一种模拟纽扣锂离子电池三电极体系，可以用于测试纽扣电池式双电极性能，制备简单，测试便捷。该三电极装置密电池容量低，稳定性差，可借鉴性较弱。发明专利（CN 103500859A）公布了一种锂离子电池用三电极装置，该三电极包括壳体和上盖，通过极耳将极柱与电芯的极耳和参比电极直接相连，电芯通过螺栓进行固定，不需要通过抽真空即刻保证电芯的紧凑，具有良好的密封性和接触性。其装置制造和组装方法过程复杂，成本较高，且与实际电池结构差异大，可借鉴性差。
目前的三电极结构存在各种的缺陷，容量低、结构复杂、密封性差、结构与实体电池差异大，不能真实反映出实际电池的性能特征。电解液填充较多或不足，引起电池内部极化作用的变化，同样不能实现对电池性能的准确表征。而且目前发明和实用新型中未见任何适用于圆柱型锂离子电池的三电极体系。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种圆柱型电池三电极装置及其组装方法，其结构简单，密封性好，最接近实体电池结构，借鉴性高。
本发明采用的技术方案如下：一种圆柱型电池三电极装置，包括壳体、正极片、负极片、隔膜、上模具、下模具、参比电极和参比电极柱，其中隔膜分别夹设于每一层正极片和每一层负极片之间，并由正极片、负极片、隔膜三者共同围卷制成圆柱状卷芯，圆柱状卷芯中填充有电解液；所述圆柱状卷芯安装在壳体中，下模具安装在壳体的封口处，参比电极柱的末端从下模具的中心孔插入到圆柱状卷芯中心部的空腔中，参比电极安装在参比电极柱的末端上且位于圆柱状卷芯中心部的空腔中，上模具通过螺纹旋紧固定在下模具上，在壳体的内侧底部焊接有负极耳，在下模具的底面上焊接有正极耳。
优选地，在圆柱状卷芯的上部设有上垫片，在圆柱状卷芯的下部设有下垫片。
优选地，所述正极耳为弯折状极耳。
优选地，在下模具与壳体的连接处安装有绝缘密封圈。
优选地，所述参比电极柱的上部沿周侧设有环状凸起部，凸起部的上下两个平面处分别设有上绝缘密封垫片和下绝缘密封垫片。
优选地，参比电极与隔膜接触。
所述的一种圆柱型电池三电极装置，采用了如下的组装方法：
1）将生产所得正极片、负极片和隔膜按照生产流程制成圆柱状卷芯；
2）将圆柱状卷芯及下垫片装入到壳体内，在壳体的底部焊接负极耳，在圆柱状卷芯的上部铺设上垫片，然后滚槽、点胶；
3）将正极耳焊接在带有密封圈的下模具上；
4）烘干极组、注电解液，弯折正极耳，然后盖绝缘密封圈及下模具，再用生产线封口设备封住壳体的开口；
5）将带有参比电极的参比电极柱从下模具的中心孔插入到圆柱状卷芯空腔中，其中，参比电极柱环状凸起部的上下两个平面分别带有绝缘密封垫片；
6）将上模具通过螺纹旋紧固定在下模具上，并保证电池不漏液，此时组装完毕。
本发明的有益效果是：
1、参比电极置于卷芯中原卷针位置，不影响原有电池极片间结构；
2、可以用于镍氢电池，铅酸电池、银锌电池、锂离子电池；
3、参比电极和极柱在电芯内部所侵占空间体积，可以通过改变下模具结构抵消，进而保证电池空间（内压）和实体电池一致；
4、与实体电池相比，两者内部的电芯结构和容量等完全无差异，在分析实体电池的电化学性能特点和性能衰减具有最真实的借鉴性；
5、本发明采用的正极片、隔膜、负极片、壳体、上垫片、下垫片、电解液、正负极耳、终止胶带、保护胶带、盖帽密封圈均采用生产线，制备过程简单，无需特殊结构和工艺。
本发明方法组装的圆柱型电池三电极装置，可在电池预充、化成过程中或在进行电化学测试时，同时检测电池正负极之间的电压变化情况，和参比电极同正电极之间及参比电极同负电极之间电压的变化情况，将以上电压变化情况进行比较，进行分析，可以此为依据优化预充、化成流程，也可用于优化电池设计。
附图说明
图1为本发明圆柱型电池三电极装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种圆柱型电池三电极装置，包括壳体9、正极片12、负极片11、隔膜10、上模具2、下模具4、参比电极14和参比电极柱1，其中隔膜10分别夹设于每一层正极片12和每一层负极片11之间，并由正极片12、负极片11、隔膜10三者共同围卷制成圆柱状卷芯，圆柱状卷芯中填充有电解液；所述圆柱状卷芯安装在壳体9中，下模具4安装在壳体9的封口处，参比电极柱1的末端从下模具4的中心孔插入到圆柱状卷芯中心部的空腔中，参比电极14安装在参比电极柱1的末端上且位于圆柱状卷芯中心部的空腔中，上模具2通过螺纹旋紧固定在下模具4上，在壳体9的内侧底部焊接有负极耳15，在下模具4的底面上焊接有正极耳7。在圆柱状卷芯的上部设有上垫片8，在圆柱状卷芯的下部设有下垫片16。所述正极耳7为弯折状极耳。在下模具4与壳体9的连接处安装有绝缘密封圈6。所述参比电极柱1的上部沿周侧设有环状凸起部，凸起部的上下两个平面处分别设有上绝缘密封垫片3和下绝缘密封垫片5。参比电极14与隔膜10接触。
所述的一种圆柱型电池三电极装置，在组装时按照如下方法进行：
1）将生产所得正极片12、负极片11和隔膜10按照生产流程制成圆柱状卷芯；
2）将圆柱状卷芯及下垫片16装入到壳体9内，在壳体9的底部焊接负极耳15，在圆柱状卷芯的上部铺设上垫片8，然后滚槽、点胶；
3）将正极耳7焊接在带有密封圈6的下模具4上；
4）烘干极组、注电解液，弯折正极耳7，然后盖绝缘密封圈6及下模具4，再用生产线封口设备封住壳体9的开口；
5）将带有参比电极14的参比电极柱1从下模具4的中心孔插入到圆柱状卷芯空腔中，其中，参比电极柱1环状凸起部的上下两个平面分别带有上绝缘密封垫片3和下绝缘密封垫片5；
6）将上模具2通过螺纹旋紧固定在下模具4上，并保证电池不漏液，此时组装完毕。
Claims (7)
1.一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：包括壳体（9）、正极片（12）、负极片（11）、隔膜（10）、上模具（2）、下模具（4）、参比电极（14）和参比电极柱（1），其中隔膜（10）分别夹设于每一层正极片（12）和每一层负极片（11）之间，并由正极片（12）、负极片（11）、隔膜（10）三者共同围卷制成圆柱状卷芯，圆柱状卷芯中填充有电解液；所述圆柱状卷芯安装在壳体（9）中，下模具（4）安装在壳体（9）的封口处，参比电极柱（1）的末端从下模具（4）的中心孔插入到圆柱状卷芯中心部的空腔中，参比电极（14）安装在参比电极柱（1）的末端上且位于圆柱状卷芯中心部的空腔中，上模具（2）通过螺纹旋紧固定在下模具（4）上，在壳体（9）的内侧底部焊接有负极耳（15），在下模具（4）的底面上焊接有正极耳（7）。
2.如权利要求1所述的一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：在圆柱状卷芯的上部设有上垫片（8），在圆柱状卷芯的下部设有下垫片（16）。
3.如权利要求1所述的一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：所述正极耳（7）为弯折状极耳。
4.如权利要求1所述的一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：在下模具（4）与壳体（9）的连接处安装有绝缘密封圈（6）。
5.如权利要求1所述的一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：所述参比电极柱（1）的上部沿周侧设有环状凸起部，凸起部的上下两个平面处分别设有上绝缘密封垫片（3）和下绝密封缘垫片（5）。
6.如权利要求1所述的一种圆柱型电池三电极装置，其特征在于：参比电极（14）与隔膜（10）接触。
7.如权利要求1-6任一所述的一种圆柱型电池三电极装置的组装方法，其特征在于按照如下步骤进行：
1）将生产所得正极片（12）、负极片（11）和隔膜（10）按照生产流程制成圆柱状卷芯；
2）将圆柱状卷芯及下垫片（16）装入到壳体（9）内，在壳体（9）的底部焊接负极耳（15），在圆柱状卷芯的上部铺设上垫片（8），然后滚槽、点胶；
3）将正极耳（7）焊接在带有绝缘密封圈（6）的下模具（4）上；
4）烘干极组、注电解液，弯折正极耳（7），然后盖绝缘密封圈（6）及下模具（4），再用生产线封口设备封住壳体（9）的开口；
5）将带有参比电极（14）的参比电极柱（1）从下模具（4）的中心孔插入到圆柱状卷芯空腔中，其中，参比电极柱（1）环状凸起部的上下两个平面分别带有上绝缘密封垫片（3）和下绝缘密封垫片（5）；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |