一种双极性锂离子电池材料评估芯片及其性能评估方法与流程

本发明属于电池制造，涉及一种双极性锂离子电池材料评估芯片及其性能评估方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为重要的电化学储能装置，在推动能源结构转型中发挥着关键作用。其能够将太阳能、风能等间歇性可再生能源产生的不稳定电力高效转化为稳定、可调度的电能，广泛应用于电网储能、新能源汽车及日常生活等领域。特别是在“双碳”战略背景下，锂离子电池通过减少对化石燃料的依赖，显著降低碳排放与环境污染，助力实现绿色低碳发展目标。

2、在锂离子电池的研发流程中，电极材料的性能评估是决定电池整体性能的核心环节。传统评估方法主要依赖扣式电池或小型软包电池，虽能提供一定的电化学数据，但存在制备周期长、材料消耗大、测试通量低等问题，难以满足新材料快速迭代的需求。更重要的是，这些方法通常需构建完整的正负极配对体系，无法独立、同步地解析单一正极或负极材料在真实电化学环境中的本征行为。

3、双极性电极技术为材料评估提供了新思路。作为一种“无线”电化学构型，双极性电极本身不直接连接外部电源，其一端在电场驱动下作为阳极发生氧化反应，另一端则作为阴极发生还原反应，从而在同一导体上实现阴阳极功能的集成。其中，封闭式双极电极尤为适用于基础材料研究——其氧化端与还原端之间仅通过电子传导耦合，无物质交换，有效避免了副反应产物的交叉干扰，能够更真实地反映材料本身的电化学特性。进一步地，若将双极性电极与微流控技术结合，可在其两端分别引入独立的电解液体系，并支持电解液的动态更新，为模拟复杂工况或筛选适配电解液提供灵活平台。

4、然而，现有技术中尚缺乏一种结构明确、集成度高、且能同时容纳正负极材料并实现封闭式双极性测试的微型化评估装置，具有较大的改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种双极性锂离子电池材料评估芯片及其性能评估方法。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种双极性锂离子电池材料评估芯片，包括：

3、基底，其包含绝缘基材以及导电层，所述导电层设置于绝缘基材，所述导电层包括正极连接部、通电部以及负极连接部，所述正极连接部、所述通电部以及所述负极连接部依次排列并相互隔开；

4、上盖，其设置有第一液体流道以及第二液体流道，所述第一液体流道以及所述第二液体流道均为槽体结构并相互隔开；

5、所述基底与所述上盖连接，所述导电层位于所述基底靠近所述上盖的一面，所述第一液体流道以及所述第二液体流道位于所述上盖靠近所述基底的一面；

6、所述第一液体流道与所述基底之间形成有第一反应池，所述第一反应池用于容纳第一电解液以及负极材料，所述正极连接部的一部分以及所述通电部的一部分均位于所述第一反应池；

7、所述第二液体流道与所述基底之间形成有第二反应池，所述第二反应池用于容纳第二电解液以及正极材料，所述通电部的一部分以及所述负极连接部的一部分均位于所述第二反应池。

8、在上述的一种双极性锂离子电池材料评估芯片中，所述上盖还设置有第一注入孔，所述第一注入孔的一端位于所述上盖远离所述基底的一面，所述第一注入孔的另一端与所述第一液体流道连通。

9、在上述的一种双极性锂离子电池材料评估芯片中，所述上盖还设置有第二注入孔，所述第二注入孔的一端位于所述上盖远离所述基底的一面，所述第二注入孔的另一端与所述第二液体流道连通。

10、在上述的一种双极性锂离子电池材料评估芯片中，所述通电部位于所述第一反应池的位置设置有用于负载负极材料的第一负载区，所述通电部位于所述第二反应池的位置设置有用于负载正极材料的第二负载区。

11、在上述的一种双极性锂离子电池材料评估芯片中，所述绝缘基材设置为普通玻璃，所述导电层设置为镀铜氧化铟锡导电层。

12、在上述的一种双极性锂离子电池材料评估芯片中，所述上盖设置为聚二甲基硅氧烷件。

13、一种锂离子电池正负极材料性能评估方法，包括步骤：

14、s1、采用软光刻工艺制备模具通过压印工艺将模具空间轮廓转印至上盖坯体，从而形成带有相互隔开的第一液体流道、第二液体流道的上盖；

15、s2、在绝缘基材上设置导电层，使导电层包含依次排布且相互隔开的正极连接部、通电部以及负极连接部从而形成基底；

16、s3、在通电部对应第一液体流道的第一负载区负载负极材料，在通电部对应第二液体流道的第二负载区负载正极材料；

17、s4、将基底上设置有导电层的一面与上盖上设置有液体流道的一面相对布置，将上盖与基底连接，连接后第一液体流道与基底围合形成第一反应池，第二液体流道与基底围合形成第二反应池，正极连接部的一部分以及通电部的一部分均位于第一反应池内部，通电部的一部分以及负极连接部的一部分均位于第二反应池内部；

18、s5、向第一反应池输送第一电解液，向第二反应池输送第二电解液，以使第一反应池的内部填充第一电解液以及第二反应池的内部填充第二电解液；

19、s6：将基底的正极连接部、负极连接部分别通过导线电连接电化学工作站或锂电池充放电设备；

20、施加充电电压激励信号时，第二反应池内正极材料固相发生脱锂氧化反应，锂离子脱离正极固相进入第二电解液，锂离子沿电解液定向迁移至第一反应池并嵌入负极材料固相，负极材料固相发生嵌锂还原反应；

21、施加放电电压激励信号时，第一反应池内负极材料固相发生脱锂氧化反应，锂离子脱离负极固相进入第一电解液，锂离子沿电解液定向迁移至第二反应池并嵌入正极材料固相，正极材料固相发生嵌锂还原反应；

22、其中，电化学工作站或锂电池充放电设备配置为向导电层输出激励电信号，同步采集导电回路内电压、电流、阻抗反馈电信号并存储。

23、在上述的一种双极性锂离子电池材料性能评估方法中，在步骤s3中，通过负极浆料滴涂在通电部对应第一液体流道的第一负载区实现负极材料的负载，通过正极浆料滴涂在通电部对应第二液体流道的第二负载区实现正极材料的负载。

24、在上述的一种双极性锂离子电池材料性能评估方法中，在步骤s4中，利用等离子清洗技术，实现聚二甲基硅氧烷件的上盖与带镀铜氧化铟锡导电层的普通玻璃基底的键合。

25、在上述的一种双极性锂离子电池材料性能评估方法中，在步骤s5中，在向第一反应池输送第一电解液以及向第二反应池输送第二电解液前，从上盖远离基底的一面打第一注入孔并与第一液体流道连通，从上盖远离基底的一面打第二注入孔并与第二液体流道连通，通过第一注入孔向第一反应池输送第一电解液，通过第二注入孔向第二反应池输送第二电解液。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：该双极性锂离子电池材料评估芯片通过将正极连接部、通电部和负极连接部依次排列并相互隔开，结合上盖中的第一液体流道、第二液体流道形成两个独立反应池，实现了在同一芯片上同时构建正极与负极的微型电化学反应环境，节省了空间，无需额外布线，还能够真实模拟锂离子在正负极之间的迁移过程，从而高效、准确地评估正负极材料在充放电过程中的电化学性能，提升材料筛选效率；通过在上盖设置与第一液体流道连通的第一注入孔，便于从芯片外部向第一反应池精准注入电解液或更换测试液体，避免拆卸芯片或破坏密封结构，提高了实验重复性，同时减少液体泄漏风险；通过在上盖设置与第二液体流道连通的第二注入孔，便于从芯片外部向第二反应池精准注入电解液或更换测试液体，避免拆卸芯片或破坏密封结构，提高了实验重复性，同时减少液体泄漏，与第一注入孔配合，实现对第一反应池与第二反应池的独立液体管理，支持差异化电解液体系的测试，增强了芯片的适用灵活性。