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专利名称：一种模拟电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模拟电池装置。
背景技术：
我们经常需要对电池的各项性能进行测试。尤其随着电子工业和信息产 业的迅速发展，人类对电产品的电源要求越来越高，而二次电池广泛用作电 产品的电源，因此二次电池成为广大科研工作者的研究对象。人们对二次电 池的研究主要集中在二次电池的正、负极原材料、隔膜、电解液以及电芯的 制作工艺的研究。而一种新的电芯材料或电芯的制作工艺要想得到应用，则 需要对成品电池进行大量的电性能测试。目前，人们主要是直接在生产线上 制作成品电芯来测试电池的各项电性能，以达到验证电芯材料和电芯制作工 艺的目的。但是直接在生产线上制作成品电芯，由于是批量生产，所以需要 大量的实验原材料，制作周期长，从而拖延了生产，浪费了生产成本。此外， 由于成品电芯的金属外壳都是焊接到电芯上去的，所以要想拆分电芯以对测 试后的电芯内部的电极材料进行研究比较困难，而且，由于电池壳为密闭、 非透明的壳体，所以无法实时观察电池内反应情况，如电极片在不同阶段枝 晶生长情况，不利于研究电池工作时的内部情况。

实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种便于观察电池内部情况的模拟电池。 本实用新型提供一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片
板、负极片板，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体及透明盖 板；所述正极片板、负极片板、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极、
4负极，正极片板、负极片板分别与正极、负极电连接，所述负极片板、正极 片板固定在所述壳体上，负极片板、正极片板之间不相接触。采用本实用新 型提供的模拟电池，可以通过透明盖板观察电池在实验环境中内部变化，通 过将电极片板置于该装置中而实现实时观测电池内部情况的目的。而且由于 该装置便于拆卸，所以便于对测试后的电芯内部的电极材料进行研究，为电 极材料的充放电机理的研究提供了便利。此外，由于该装置便于拆装，所以 可以重复利用，从而达到了节省成本的目的。


图1为本实用新型实施例1中所提供的模拟电池装置的装配示意图; 图2为本实用新型实施例1中所提供的模拟电池装置的剖视图； 图3为本实用新型实施例2中所提供的模拟电池装置的装配示意图; 图4为本实用新型实施例2中所提供的模拟电池装置的剖示具体实施方式
本实用新型提供一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片
板3、负极片板4，电解液；电池外壳包括一开口的长方体形的壳体1及透
明盖板2，所述正极片板3、负极片板4、电解液容纳于外壳内；在外壳上设 有正极5、负极6，正极片板3、负极片板4分别与正极5、负极6电连接， 所述负极片板4、正极极片3固定在所述壳体1上，负极片板4、正极片板3
之间有间距。
壳体1是由四侧面和一底面组成的绝缘壳体，壳体材料可以是耐酸耐碱 的工程塑料壳体，优选情况下选用聚四氟乙烯材料作为壳体材料，聚四氟 乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮写为PTFE。中文商品名"铁氟龙"、"特氟 龙"、"特富隆"、"泰氟龙"等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良
好的抗老化耐力。能在+25crc至-i8crc的温度下长期工作， 一般应用于性
能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无 线电器材等。因为聚四氟乙烯材料具有优异的耐腐蚀性能，且工作温度在 电池安全工作范围之内，所以选用聚四氟乙烯材料作为模拟电池壳体材料。
所述壳体1的壁厚可以为3-5mm ，优选为3.5-4mm，壳体的长度为 170-220mm宽度为32-52mm高度为75-85mm。
所述透明盖板2用于将外壳1观察电池内部情况，由于电池在充放电 的过充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路，为了能够在模 拟电池真实工作条件下，实时观察枝晶的生长情况，充放电过程中电极片 板的气体产生情况，所以盖板为透明盖板。所述透明盖板2可以由透明、 耐酸、耐碱的材料构成，优选情况下选择石英玻璃。透明盖板的尺寸与壳 体的底面的尺寸相同，透明板的厚度为5mm。
正极片板和负极片板均有基材和涂覆面构成，其中涂覆面设置于正极 片板与负极片板相对的的两个面上，涂覆面的厚度为0.1-0.2mm。
正极片板、负极片板、电解液容纳于外壳中，正极片板的组成为本领 域技术人员公知。 一般来说，正极片板包括导电基体及涂覆在导电基体(也 叫集电体)上的正极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员公知，如导 电基体可选自铝片；所述的正极活性材料为本领域技术人员公知，它包括正 极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质可以选自锂离子电池领域中公知的 正极活性物质，如LiCo02， LiFeP04， LiMn02等，所述粘合剂也为本领域技 术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)等， 一般来说，粘合剂的含量为正极 活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％, ^f述正极活性材料还可以包 括正极助剂，正极助剂的种类和含量为本领域技术人员公知，正极助剂选自 导电剂，如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种，其含量为正极活性物
6质的0-15重量％，优选为0-10重量％。
负极片板的组成为本领域技术人员公知， 一般来说，负极片板包括导电 基体及涂覆和/或填充在导电基体上的负极活性材料。所述导电基体为本领域 技术人员公知，如导电基体选自铜片；所述负极活性材料为本领域技术人员 公知，它包括负极活性物质和粘合剂，所述负极活性物质可以选自锂离子电 池常用的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨等。所述粘合剂也为本领域 技术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇等， 一般来说，粘合剂的 含量为负极活性物质的0.01-10重量％，优选为1-9重量％。
壳体1 .内的底面上设有与电极片板形状相匹配的卡槽，卡槽的深度为 5-10mm装配时将上述正极片板3、负极片板4放入卡槽内，卡槽之间有间 距，从而避免了两极片板因接触而发生的短路，卡槽之间的距离为l-2mm。
为使盖板与壳体的连接紧密，密封完全，在盖板与壳体之间设有密封胶 圈、压实，所采用的密封胶圈为本领域常用的密封胶如硅胶、橡胶。也可 以采用在壳体与盖板接触面上设置螺纹孔，在盖板相应的位置设置连接孔， 然后通过，螺母将盖板与壳体连接，为了进一步提高密封程度，可以在盖板 与壳体的接触面上用涂覆密封胶。
所述的电解液为本领域所通用的电解液，如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙 酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)(99.5。/。，H20的质量分数小于5 X l(T5，(张家港 国泰华,荣化工)、LiPF6锂盐(99.9%，日本森田化学有限公司V配制成1 mol/LLiPF6/(EC+DEC)(质量比为1:1)、 lmol/L LiPF6/( EC+DMC)(质量 比为1 : 1) 、1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC)(质量比为1:1:1)的溶液。
本发明中，可以在外壳上设置有一个正极、 一个负极，正极片板、负极 片板分别设有螺纹凹槽，正极、负极分别为铝制和铜制的长螺母，将正极、 负极螺母分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，即可实现电导通。螺母 上设有硅胶密封圈，以保证装置的密封效果。本发明中所提供的模拟电池，还可以是在外壳上设置有两个正极、两个 负极，正极片板、负极片板分别设有螺纹凹槽，正极、负极分别为铝制和铜 制的长螺母，将正极、负极螺母分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽， 即可实现电导通。还可以在螺母上设有硅胶密封圈，以提高装置的密封效果。
上面提到的模拟电池还可以包括两根弹簧连接片。
下面的实施例对本实用新型做进一步的说明。 实施例1
本实施例说明本实用新型提供的模拟电池装置。
如图l所示模拟电池， 一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳， 正极片板3、负极片板4，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳 体1及透明盖板2;所述正极片板3、负极片板4、电解液容纳于外壳内；在
外壳上设有一个正极5、 一个负极6，正极片板3、负极片板4分别与正极5、 负极6电连接，所述负极片板4、正极极片3固定在所述壳体1上，负极片 板4、正极片板3不相接触。制备模拟电池包括以下几个步骤 (1)正极的制备 ，
将100份重量的正极活性物质LiCo02、 5份重量的导电剂乙炔黑、5份 重量的粘结剂PVDF加入到50份重量的NMP中均匀.混合，然后将其均匀地 涂覆在尺寸为170X60X20毫米的铝片上的尺寸为150X50毫米的面上，并 将其放入真空烤箱内经120。C烘烤干燥后，获得正极片板，该正极片板上的 正极活性物质LiCo02含量为6.4克。
(2)负极的制备
将100份重量的负极活性物质人造石墨、9份重量的粘结剂PVDF加入 到50份重量的NMP中均匀混合，然后将其均匀地涂覆在尺寸为170X60X20毫米的铜片上的尺寸为152X52毫米的面上，并将其放入真空烤箱内经 12(TC烘烤干燥后，负极片上的负极活性物质人造石墨含量为2.85克。
(3)模拟电池的制备
将(1)得到的负极片板、(2)得到的正极片板分别装入壳体1内的卡 槽内，分别用正极、负极的螺母与正极片板、负极片板的螺纹凹槽连接，每 个凹槽的深度均为20mm，螺纹直径为5mm，正、负极螺母的长度为25mm， 直径为5mm。加入电解液(1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC)(质量比为1 : 1 : 1)的溶液)，将玻璃盖板安装于外壳开口处，在玻璃盖板与壳体接触处 用密封胶进行密封，其中玻璃盖板的尺寸为200X50X5毫米，壳体的尺寸 为200X50X80毫米，壳体的厚度为5毫米，密封胶的厚度为3mm。
经过上述步骤，得到模拟电池样品Al,按照上述的方法制备样品50个。
实施例2
按照实施例1的方法制备模拟电池，不同的是，在外壳上设置有两个正 极，两个负极，正极、负极与正极片板、负极片板两端上设有的螺纹凹槽连 接，实现电导通。
最终获得模拟电池样品A2，按照上述的方法制备样品50个。
.对比例l
按照实施例l中所采用的正极材料、负极材料、电解液，按照通常锂离 子电池制备方法，制备电池样品C1，按照上述的方法，制备电池样品50个。
实施例3
本实施例用来测试实施例1-2所制备的模拟电池的各项性能。电性能测试的项目包括电池化成后漏液电池数、电池循环后漏液电池 数、电池循环后容量维持率、电池高温储存后漏液电池数、电池高温储存后 容量维持率和电池高温储存后容量恢复率。其中，循环测试的测试结果列于 表1中，高温储存测试的测试结果列于表2中。
测试方法如下
对上述50个电池进行化成，化成方法如下23'C条件下，分别将电池
以0.4C电流慢充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电，截止电 流为0.05C，然后再以0.2C的电流放电至3.0伏。
任取化成后的25个电池进行循环测试，测试方法如下23'C条件下， 分别将电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电压充电， 截止电流为0.05C，搁置10分钟；电池以1C电流放电至3.0伏，搁置5分 钟。按照上述步骤共循环100次。
循环后容量维持率=(第n次循环放电容量/首次循环放电容量)x100
%;
其中，n为循环放电的次数。
对剩下的25个电池进行高温储存测试，测试方法如下第一步，23°C 条件下，分别将电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至4.2伏后以恒定电 压充电，截止电流为0.05C;第二步，将充满电的电池放置于85-C的环境中 48小时；第三步，23匸条件下，将储存后的电池以1C电流放电至3.0伏； 第四步，23t:条件下，将放电后的电池以1C电流充电至4.2伏，在电压升至 4.2伏后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟，电池以1C电 流放电至3.0伏，搁置5分钟。按第四步的步骤循环3次。
储存后容量维持率=(储存后电池剩余容量/储存前电池容量)xl00%;
储存后容量恢复率=(储存后第三次循环的放电容量/储存前电池容量) xl00%。
10电性能测试的项目包括电池循环后容量维持率、电池高温储存后容量 维持率和电池高温储存后容量恢复率。其中，循环测试的测试结果列于表1 中，高温储存测试的测试结果列于表2中。
对比例2
本对比例用来测试对比例l所制备的电池样品的各项性能，其中，测试 方法与实施例3中所述的测试方法相同。
表1
实施例编号实施例1实施例2对比例1
循环10次后平均容量维持率98.3%98.1%98.0%
循环50次后平均容量维持率97.2%97.1%97.5%
循环100次后平均容量维持率96.6%97.8%97.1%
表2
实施例编号实施例1实施例2对比例1
储存后平均容量维持率68.9%66.8%69.1%
储存后平均容量恢复率75.8%76.3%76.2%
从表l、表2中可以看出，比较实施例l和对比例l，采用本实用新型 提供的装置对电芯的各项电性能进行测试，其测试结果与将电芯制成电池的测试结果基本一致，所以本实用新型提供的模拟电池装置可以完全模拟电池 的工作环境，对电池的各项电性能进行测试，而且可以通过本实用新型所提 供模拟电池方便的观察电池在工作时的内部情况。
权利要求1、一种模拟电池，其特征在于包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板(3)、负极片板(4)，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体(1)及透明盖板(2)；所述正极片板(3)、负极片板(4)、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极(5)、负极(6)，正极片板(3)、负极片板(4)分别与正极(5)、负极(6)电连接，所述负极片板(4)、正极极片(3)固定在所述壳体(1)上，负极片板(4)、正极片板(3)不相接触。
2、 如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于在所述壳体(1)包括四 侧面， 一底面，在底面上设置有两个与电极片板形状匹配的卡槽，卡槽之间 有间距，负极片板(4)、正极片板(3)固定在卡槽内。
3、 如权利要求2所述的模拟电池，其中，所述的卡槽间距为l-2mm。
4、 如权利要求1所述的电池，其中，正极片板、负极片板均由基材和 涂覆面构成，所述涂覆面设置于正极片板与负极片板相对的两个面上，其中 基材的高度为60mm长度为170mm宽度为20mm涂敷面的厚度为 0.1-0.2mm。
5、 如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于，在外壳上设置有一个 正极、 一个负极。
6、 如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述电池还包括，两根弹 簧连接片，正极片板、负极片板上分别设有螺纹凹槽，正极为铝制螺母、负 极为铜制的螺母，将正极、负极分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽， 实现电导通，螺纹凹槽的深度为20mm,螺纹的直径为5mm，正极、负极的 螺母的长度为25mm，直径为5mm。
7、 如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于在外壳上设置有两个正 极、两个负极。
8、 如权利要求7所述的模拟电池，其特征在于，正极片板、负极片板 上分别设有螺纹凹槽，正极为铝制螺母、负极为铜制的螺母，将正极、负极 分别旋入正极片板和负极片板的螺纹凹槽，实现电导通，螺纹凹槽的深度为 20mm,螺纹的直径为5mm，正极、负极的螺母的长度为25mm，直径为5mm。
9、 如权利要求1所述的模拟电池，其特征在于，壳体的壁厚为3 —5毫 米，壳体的长度为170-220mm宽度为32 — 52mm高度为75-85mm。
10、 如权利要求1所述的模拟电池，其中透明盖板(2)的尺寸与壳体 (1)的底面的尺寸相同，厚度为5mm。
11、 如权利要求IO所述的模拟电池，其特征在于所述透明盖板为玻璃 盖板。
专利摘要一种模拟电池，包括一封闭、绝缘的电池外壳，正极片板(3)、负极片板(4)，电解液；电池外壳包括一面开口的长方体形的壳体(1)及透明盖板(2)；所述正极片板(3)、负极片板(4)、电解液容纳于外壳内；在外壳上设有正极(5)、负极(6)，正极片板(3)、负极片板(4)分别与正极(5)、负极(6)电连接，所述负极片板(4)、正极极片(3)固定在所述壳体(1)上，负极片板(4)、正极片板(3)不相接触。该模拟电池可以模拟真实电池的工作状况，而且该模拟电池由于设置了透明盖板，便于对测试中的电芯内部情况进行实时观测。此外，由于该装置便于拆装，所以可以重复利用，从而达到了节省成本的目的。
文档编号G01R31/36GK201392389SQ200820212220
公开日2010年1月27日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者涛 张, 萍 李, 涌 王, 车希龙, 磊 雷 申请人:比亚迪股份有限公司