一种锂电池自放电测试装置的制作方法

1.本发明涉及锂电池自放电测试技术领域，尤其涉及一种锂电池自放电测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.锂电池作为一种清洁、可再生能源装置，在移动电子产品、新能源汽车、储能领域得到了广泛的应用，尤其是在新能源汽车领域。然而锂电池还存在许多技术难题没有得到解决，在一定程度上影响了锂电池性能的发挥，及锂电池的应用。其中电池自放电是亟待解决的技术难题之一，自放电现象的存在不仅造成电池本身能量的损失，还会因各电池间自放电的不一致性导致锂电池组寿命减少，容量迅速衰减。
3.目前的研究认为锂电池自放电的主要原因有，正、负极材料与电解液发生反应、隔膜劣化、制造工艺不良等。这其中隔膜劣化是导致自放电的主要原因之一，隔膜的主要功能是保证正负电极之间物理分离、隔离电子。如果隔膜的质量有问题或受到损坏，屏障的作用将无法正常发挥，正负电极接触，这将导致物理自放电。电池自放电分析过程中，电池拆解时，经常能观察到隔膜黑点、破损，可以定性判断为电池发生自放电的原因，但缺乏验证实验，而且单个位点隔膜黑点、破损对自放电的影响程度尚无法定量。


技术实现要素：

4.基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种锂电池自放电测试装置。
5.本发明提出的一种锂电池自放电测试装置，包括第一金属箔材、第二金属箔材、第一极耳、第二极耳和铝塑膜；第一金属箔材、第二金属箔材封装在铝塑膜内且第一金属箔材与第二金属箔材之间设置有隔膜，铝塑膜内填充有电解液；第一极耳、第二极耳位于铝塑膜外部且第一极耳、第二极耳插入铝塑膜内分别与第一金属箔材、第二金属箔材连接。
6.优选的，第一金属箔材、第一极耳的材质为在电解液环境中氧化电位高于4.0v的金属材质；优选的，第一金属箔材、第一极耳的材质为银、金、铂或者铝。
7.优选的，第二金属箔材、第二极耳的材质为在电解液环境中氧化电位高于2.0v的金属材质；优选的，第二金属箔材、第二极耳的材质铝、铜、镍、银、金或铂。
8.优选的，第一极耳与第一金属箔材采用超声焊连接。
9.优选的，第二极耳与第二金属箔材采用超声焊连接。
10.优选的，所述隔膜为正常隔膜、带孔隔膜或者带黑点隔膜。
11.本发明还提出一种锂电池自放电测试装置的测试方法，包括以下步骤：
12.s1、取一单体电池，并使单体电池在预定倍率x1下进行常温定容；定容结束后，在该预定倍率x1下将单体电池调整至预定soc值并在该预定soc值下测试该单体电池的自放电速率ε0；
13.s2、在预定倍率x2下进行常温定容，；定容结束后，在该预定倍率x2下对单体电池进行充电，并记录充电容量c1；
14.s3、在常温下，将该单体电池的正极耳、负极耳通过导线分别与测试装置的第一极耳、第二极耳连接，连接时间为t；
15.s4、将该单体电池与测试装置断开连接，在预定倍率x3下对该单体电池进行放电，并记录放电容量c2；
16.s5、计算单体电池连接测试装置过程中的自放电速率ε1＝(c1‑
c2)/t；
17.s6、计算隔膜对单体电池自放电速率的影响程度k＝ε1/ε0。
18.优选的，预定倍率x1与预定倍率x2相等，且预定倍率x1、预定倍率x2的范围为0.1c
‑
1c。
19.优选的，步骤s1中的预定soc值与步骤s2中的预定soc值相等，且预定soc值范围为5％soc
‑
95％soc。
20.优选的，在步骤s3中，连接时间为t为1
‑
14天。
21.本发明提出的一种锂电池自放电测试装置，可以准确验证隔膜黑点、破损是否会导致电池发生自放电，并且定量隔膜黑点、破损对自放电的影响程度。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的结构示意图；
23.图2为本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的分解图；
24.图3为本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的工作原理图。
具体实施方式
25.参照图1
‑
图3，本发明提出一种锂电池自放电测试装置，包括第一金属箔材1、第二金属箔材2、第一极耳3、第二极耳4和铝塑膜5；第一金属箔材1、第二金属箔材2封装在铝塑膜5内且第一金属箔材1与第二金属箔材2之间设置有隔膜6，隔膜6为正常隔膜6、带孔隔膜6或者带黑点隔膜6。铝塑膜5内填充有电解液。第一极耳3、第二极耳4位于铝塑膜5外部且第一极耳3、第二极耳4插入铝塑膜5内分别与第一金属箔材1、第二金属箔材2连接。
26.第一金属箔材1、第一极耳3的材质为在电解液环境中氧化电位高于4.0v的金属材质，优为银、金、铂或者铝。第二金属箔材2、第二极耳4的材质为在电解液环境中氧化电位高于2.0v的金属材质，优选为铝、铜、镍、银、金或铂。
27.本发明提出一种锂电池自放电测试装置的制作方法，包括以下步骤：
28.s1、取表面平整的1#金属箔材、2#金属箔材，在冲压机上冲压成所需形状以得到第一金属箔材1、第二金属箔材2；
29.s2、将第一极耳3、第二极耳4分别与第一金属箔材1、第二金属箔材2焊接在一起；
30.s3、从下至上，依次放置第一金属箔材1、隔膜6、第二金属箔材2并整体封装于铝塑膜中，然后在铝塑膜中填充电解液，使整体浸没在电解液中；
31.s4、在真空环境下对铝塑膜封口，得到测试装置。
32.本发明提出一种锂电池自放电测试装置的测试方法，包括以下步骤：
33.s1、取一单体电池，并使单体电池在预定倍率x1下进行常温定容；定容结束后，在该预定倍率x1下将单体电池调整至预定soc值并在该预定soc值下测试该单体电池的自放电速率ε0；
34.s2、在预定倍率x2下进行常温定容，；定容结束后，在该预定倍率x2下对单体电池进行充电，并记录充电容量c1；
35.s3、在常温下，将该单体电池的正极耳、负极耳通过导线分别与测试装置的第一极耳、第二极耳连接，连接时间为t；
36.s4、将该单体电池与测试装置断开连接，在预定倍率x3下对该单体电池进行放电，并记录放电容量c2；
37.s5、计算单体电池连接测试装置过程中的自放电速率ε1＝(c1‑
c2)/t；
38.s6、计算隔膜对单体电池自放电速率的影响程度k＝ε1/ε0。
39.为验证本实施方式的可行性和准确性，以下列出三个实施例。
40.实施例1
41.参照图2，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置，制作方法包括以下步骤：
42.s1、取表面平整的铝箔、铜箔，在冲压机上冲压成65mm
×
55mm的矩形，其中一边带极耳形状，以得到第一金属箔材1、第二金属箔材2；
43.s2、将第一极耳3、第二极耳4分别与第一金属箔材1、第二金属箔材2的预留极耳区焊接在一起；
44.s3、从下至上，依次放置第一金属箔材1、隔膜6、第二金属箔材2，用胶带固定后并整体封装于尺寸为80mm
×
100mm的铝塑膜中，然后在铝塑膜中填充电解液，使整体浸没在电解液中；
45.s4、在真空环境下对铝塑膜封口，得到测试装置。
46.参照图3，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的测试方法，包括以下步骤：
47.s1、取一支23ah方型磷酸铁锂单体电池，常温25℃条件下，0.5c/0.5c定容三周；根据定容容量，0.5c充入5ah容量,常温常温25℃条件下存储45h；然后0.5c放电，记录放电容量为4.86ah，计算电池的自放电速率ε0＝(5
‑
4.86)
÷
45
×
24＝0.0747ah
·
d
‑1；
48.s2、将上述23ah方型磷酸铁锂单体电池，0.5c充入5ah容量；
49.s3、将上述单体电池在常温25℃条件下与测试装置连接，电池正极与铝极耳连接，电池负极与铜极耳连接，连接时间45h；
50.s4、连接时间45h后，将单体电池与测试装置断开连接，0.5c倍率下对单体电池放电，记录放电容量c2＝4.857ah；
51.s5、计算单体电池连接测试装置过程中的自放电速率ε1＝(5
‑
4.857)
÷
45
×
24＝0.0763ah
·
d
‑1；
52.s6、计算正常隔膜对单体电池自放电速率的影响程度k＝0.0763
÷
0.0747＝≈1.02。
53.实施例2
54.参照图2，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置，制作方法包括以下步骤：
55.s1、取表面平整的铝箔、铜箔，在冲压机上冲压成65mm
×
55mm的矩形，其中一边带极耳形状，以得到第一金属箔材1、第二金属箔材2；
56.s2、将第一极耳3、第二极耳4分别与第一金属箔材1、第二金属箔材2的预留极耳区焊接在一起；
57.s3、从下至上，依次放置第一金属箔材1、带黑点隔膜6、第二金属箔材2，用胶带固
定后并整体封装于尺寸为80mm
×
100mm的铝塑膜中，然后在铝塑膜中填充电解液，使整体浸没在电解液中；
58.s4、在真空环境下对铝塑膜封口，得到测试装置。
59.参照图3，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的测试方法，包括以下步骤：
60.s1、取一支23ah方型磷酸铁锂单体电池，常温25℃条件下，0.5c/0.5c定容三周。根据定容容量，0.5c充入5ah容量,常温常温25℃条件下存储45h，然后0.5c放电，记录放电容量为4.86ah，计算电池的自放电速率ε0＝(5
‑
4.86)
÷
45
×
24＝0.0747ah
·
d
‑1；
61.s2、将上述23ah方型磷酸铁锂单体电池，0.5c充入5ah容量；
62.s3、将上述单体电池在常温25℃条件下与测试装置连接，电池正极与铝极耳连接，电池负极与铜极耳连接，连接时间45h；
63.s4、连接时间45h后，将单体电池与测试装置断开连接，0.5c倍率下对单体电池放电，记录放电容量c2＝4.827ah；
64.s5、计算单体电池连接测试装置过程中的自放电速率ε1＝(5
‑
4.827)
÷
45
×
24＝0.0923ah
·
d
‑1；
65.s6、计算带黑点隔膜隔膜对单体电池自放电速率的影响程度k＝0.0923
÷
0.0747＝≈1.24。
66.实施例3
67.参照图2，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置，制作方法包括以下步骤：
68.s1、取表面平整的铝箔、铜箔，在冲压机上冲压成65mm
×
55mm的矩形，其中一边带极耳形状，以得到第一金属箔材1、第二金属箔材2；
69.s2、将第一极耳3、第二极耳4分别与第一金属箔材1、第二金属箔材2的预留极耳区焊接在一起；
70.s3、从下至上，依次放置第一金属箔材1、带微孔隔膜6、第二金属箔材2，用胶带固定后并整体封装于尺寸为80mm
×
100mm的铝塑膜中，然后在铝塑膜中填充电解液，使整体浸没在电解液中；
71.s4、在真空环境下对铝塑膜封口，得到测试装置。
72.参照图3，本发明提出的一种锂电池自放电测试装置的测试方法，包括以下步骤：
73.s1、取一支23ah方型磷酸铁锂单体电池，常温25℃条件下，0.5c/0.5c定容三周。根据定容容量，0.5c充入5ah容量,常温常温25℃条件下存储45h，然后0.5c放电，记录放电容量为4.86ah，计算电池的自放电速率ε0＝(5
‑
4.86)
÷
45
×
24＝0.0747ah
·
d
‑1；
74.s2、将上述23ah方型磷酸铁锂单体电池，0.5c充入5ah容量；
75.s3、将上述单体电池在常温25℃条件下与测试装置连接，电池正极与铝极耳连接，电池负极与铜极耳连接，连接时间45h；
76.s4、连接时间45h后，将单体电池与测试装置断开连接，0.5c倍率下对单体电池放电，记录放电容量c2＝4.854ah；
77.s5、计算单体电池连接测试装置过程中的自放电速率ε1＝(5
‑
4.854)
÷
45
×
24＝0.0779ah
·
d
‑1；
78.s6、计算带微孔隔膜对单体电池自放电速率的影响程度k＝0.0779
÷
0.0747＝≈1.04。
79.表一各实施例测试结果
[0080][0081]
根据表中数据可知，正常隔膜对单体电池自放电影响程度k＝1.02，k值接近于1，表明正常隔膜对单体电池自放电影响程度较小；黑点隔膜对单体电池自放电影响程度k＝1.24，表明黑点隔膜会加速单体电池的自放电，此黑点隔膜使单体电池自放电速率增大1.24倍；微孔隔膜对单体电池自放电影响程度k＝1.04，表明正常隔膜对单体电池自放电影响程度较小，进一步表明隔膜上的微孔，如果没有使电池正、负极片接触，不会加剧电池自放电。隔膜对电池自放电影响程度k值越大，表明测试装置中的隔膜对电池自放电影响越大，可根据k值大小评价测试装置中不同劣化状态的隔膜对电池自放电的影响程度。
[0082]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。