(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011501066.0
(22)申请日 2020.12.18
地址 300384 天津市滨海新区滨海高新技
术产业开发区（环外）海泰南道38号
(72)发明人 孟繁慧 姜伟 朱莎 甄会娟
高凡 伍绍中 周江
(74)专利代理机构 天津市三利专利商标代理有
限公司 12107
代理人 闫俊芬
(51)Int.Cl.
G01N 27/26(2006.01)
G01N 27/28(2006.01)
G01N 27/30(2006.01)
G01N 27/02(2006.01)
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明涉及一种锂离子电池电解液锂离子
迁移数的测试方法，根据测试需求配制待测锂离
子电池电解液；在手套箱内组装电解池，将待测
锂离子电池电解液注入电解池中；对锂离子电池
电解液进行固化处理；采用恒电位计时电流法和
电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流
曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数。电解管式反应器
片，所述工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极
结构件螺纹连接后构成整体锂离子迁移数测试
的电解池，有益效果：本发明可以对包括凝胶电
解液和半固态电解液等进行锂离子迁移数的测试。锂离子电池电解液锂离子迁移数测试方法的测试对象覆盖范围广，测试方法简单，易于应用
推广。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 112748160 A 2021.05.04
C N 112748160
A
工业制氧气方法1.一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：步骤如下：
步骤1、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，根据测试需求配制需要测试的电
解液；针对采用原位聚合方法制备的凝胶电解液、
半固态电解液和固态电解质，按照配方要求配制出聚合物电解质单体溶液；
步骤2、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装锂离子迁移数测试的电解池，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，首先将绝缘环放入对电极盖形螺母中，选用2片直径为2r的新鲜锂金属片，将绝缘垫片置于2片锂金属片之间平行紧密贴合放置，并将锂片/绝缘垫片/锂片置于绝缘环内并与对电极盖形螺母底部紧密贴合；工作电极集流体与计算需注入电解液的体积V，V＝d πr 2，并将体积为V的电解液注入电解池中；依次放入集流体、集流柱、弹簧和绝缘螺栓座，组装好电解池、拧紧密封；
方波信号发生器
步骤3、根据测试需要对锂离子电池电解液进行固化处理：将电解池进行加热处理，温度范围为30‑80℃，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；
步骤4、采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗
谱图，并获取相关参数，根据以下公式，t+＝[I ss R b ss (ΔV ‑I 0R el 0)]/[I 0R b 0(ΔV ‑I ss R el ss )]，计算锂离子迁移数t +，
其中：ΔV为施加于电池两端的电压、I 0为初始电流、R el 0R el 0为初始电极反应电阻、I ss 为稳态电流、R el ss 为稳态电极反应电阻、R b 0为初始电解质电阻、R b ss 为稳态电解质电阻。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：所述锂离子电池电解液包括锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液。所述锂离子电池凝胶电解液为原位聚合锂离子电池凝胶电解液，所述半固态电解液为原位聚合锂离子电池半固态电解液。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：步骤2中组装的所述锂离子迁移数测试的电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，所述工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件螺纹连接后构成整体锂离子迁移数测试的电解池，所述工作电极结构件包括绝缘螺栓座、弹簧、不锈钢集流柱、限位柱、工作电极集流体、绝缘套、绝缘垫片和对电极盖形螺母，所述绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状工作电极结构，所述对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔底部设有绝缘套并构成对电极盖形螺母，所述圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：所述绝缘套采用PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶材料，厚度为0.5mm ‑2mm，高度为5mm ‑20mm；所述绝缘螺栓座采用PTFE或PET材料。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：所述绝缘垫片包括依次连接的密封层、结构支撑层和密封层构成的通透型三层夹心结构，垫片总厚度为10μm ‑2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm ‑1mm，密封层厚度分别为1μm ‑500μm。
6.根据权利要求3或5所述的锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，其特征是：
桥梁同步顶升所述绝缘垫片的结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE或PET；密封层材质为橡胶层。
锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法。
背景技术
[0002]锂离子电池工作过程伴随着锂离子和电子的传输，其中，锂离子电解液的传输动力学影响锂离子电池的综合性能(电池倍率、内阻、产热、循环等性能)。锂离子电池的能量和功率密度不只与电解液的离子电导率有关，例如，Li+在电解液中时会有溶剂化现象，即在其表面有一层溶剂化的外壳，Li+的迁移速度受到限制。对于阴离子而言，很少发生溶剂化。过多的阴离子聚集在正极表面，产生阴离子的浓度梯度，造成浓差极化，进而产生过电势，降低了锂离子电池能量密度和功率密度。
[0003]锂离子电池的工作过程伴随着电极活性物质的氧化还原反应，即锂离子的正负极侧的嵌入和脱出过程。在锂离子电池的充放电过程中，阴阳离子在正负极之间进行迁移，其中，Li+带正电荷，会在电场的作用下向负极进行迁移，电解液中Li+的迁移对于锂离子在正负极侧的嵌入脱出密切相关，通常定义Li+的迁移数量占电解液中所有的离子迁移数量的比例为Li+的迁移数。通过锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试可以预测锂离子电池的性能。高的迁移系数对于提高锂离子电池的功率密度和能量密度具有重要的意义。如：授权公告号为CN 202494660 U的专利文献公开了一种电解液的锂离子迁移性能的测试装置，包括容器和与所述容器匹配的密封盖，所述密封盖上设有电极，所述电极的一端和置于所述容器内的固定管相连，另一端穿过密封盖上的中心插孔露出用于连接测试仪器的测试接头。授权公告号为CN 210514170 U的专利文献公开了一种锂离子电池电解质锂离子迁移数测试装置，包括隔膜(1)、锂片(2)、电池外壳(4)，其特征在于，还包括集流板(3)，极耳(5)分体或一体成型在集流板(3)，两个锂片(2)由隔膜(1)分隔，隔膜(1)位于两个集流板(3)间，集流板(3)具有安装锂片(2)的定位槽(6)并将所述锂片(2)限位其内，且两个定位槽(6)在各自集流板(3)的位置对称。
[0004]锂离子电池通过电解质的凝胶化或者固态化，用来改善锂离子电池的安全性。对于凝胶电解质及半固态电解质而言，它们不同于液态电解液和全固态电解质，不具备液态电池的流淌性同时没有全固态电解质的机械强度。目前，对于凝胶电解质及半固态电解质而言，因为它们不具备液态电解液和全固态电解质的特性，其锂离子迁移数的测试尚无固定的方法。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种锂离子电池电解液锂离子迁移数的测试方法，可以对锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液进行锂离子迁移数的测试。
[0006]本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种锂离子电池电解液锂离子迁移
数的测试方法，步骤如下：
[0007]步骤1、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，根据测试需求配制需要测试的电解液；针对采用原位聚合方法制备的凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质，按照配方要求配制出聚合物电解质单体溶液；
[0008]步骤2、在手套箱内(水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，组装锂离子迁移数测试的电解池，设绝缘垫片的厚度为d，绝缘环内径为2r，首先将绝缘环放入对电极盖形螺母中，选用2片直径为2r的新鲜
锂金属片，将绝缘垫片置于2片锂金属片之间平行紧密贴合放置，并将锂片/绝缘垫片/锂片置于绝缘环内并与对电极盖形螺母底部紧密贴合；工作电极集流体与计算需注入电解液的体积V，V＝d πr 2，并将体积为V的电解液注入电解池中；依次放入集流体、集流柱、弹簧、绝缘螺栓座，组装好电解池、拧紧密封；
[0009]步骤3、根据测试需要对锂离子电池电解液进行固化处理：将电解池进行加热处理，温度范围为30‑80℃，引发电解液中聚合物单体聚合，电解池中进行原位制备凝胶电解液、半固态电解液和固态电解质；
丙烯运输
[0010]步骤4、采用恒电位计时电流法和电化学阻抗的测试方法，测试电解池的计时电流曲线和电化学阻抗谱图，并获取相关参数，根据以下公式，t+＝[I ss R b ss (ΔV ‑I 0R el 0)]/[I 0R b 0(ΔV ‑I ss R el ss )]，计算锂离子迁移数t +，
[0011]其中：ΔV为施加于电池两端的电压、I 0为初始电流、R el 0R el 0为初始电极反应电阻、I ss 为稳态电流、R el ss 为稳态电极反应电阻、R b 0为初始电解质电阻、R b ss 为稳态电解质电阻。
景区综合管理系统[0012]所述锂离子电池电解液包括锂离子电池凝胶电解液和半固态电解液。
[0013]所述锂离子电池凝胶电解液为原位聚合锂离子电池凝胶电解液，所述半固态电解液为原位聚合锂离子电池半固态电解液。
[0014]所述步骤2中组装的锂离子迁移数测试的电解池，包括工作电极结构件、对电极结构件和绝缘垫片，所述工作电极结构件通过绝缘垫片与对电极结构件螺纹连接后构成整体锂离子迁移数测试的电解池，所述工作电极结构件包括绝缘螺栓座、弹簧、不锈钢集流柱、限位柱、工作电极集流体、绝缘套、绝缘垫片和对电极盖形螺母，所述绝缘螺栓座内设有阶梯状中心孔，所述弹簧套装在不锈钢集流柱前端，不锈钢集流柱后端与限位柱滑动连接，不锈钢集流柱前端贯穿绝缘螺栓座中心孔，不锈钢集流柱后端贯穿限位柱后与工作电极螺纹旋接，限位柱与工作电极座内螺纹旋接，构成圆柱状工作电极结构，所述对电极结构件形状呈圆柱状，其中心设有阶梯孔，阶梯孔内设有绝缘内衬，阶梯孔底部设有绝缘套构成对电极盖形螺母，所述圆柱状工作电极结构的绝缘螺栓座通过绝缘垫片与对电极盖形螺母螺纹旋紧呈密封结构。
[0015]所述绝缘套采用PE、PP、PVDF、PTFE、PET或橡胶材料，厚度为0.5mm ‑2mm，高度为5mm ‑20mm；所述绝缘螺栓座采用PTFE或PET材料。
[0016]所述绝缘垫片包括依次连接的密封层、结构支撑层和密封层构成的通透型三层夹心结构，垫片总厚度为10μm ‑2mm，其中，结构支撑层厚度为8μm ‑1mm，密封层厚度分别为1μm ‑500μm。
[0017]所述绝缘垫片的结构支撑层为多孔圆形塑料片，材质为PE、PP、PVDF、PTFE或PET；密封层材质为橡胶层。
[0018]有益效果：本发明可以对包括凝胶电解液和半固态电解液等进行锂离子迁移数的
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