一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置及检验方法

摘要

本发明提供一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法，其中检验装置包括由正极壳、负极壳和密封圈组成的密封壳体；所述密封壳体内自下而上依次叠加设置有金属锂片、隔膜和待测的锂离子电池不锈钢原材料片；隔膜完全覆盖金属锂片和锂离子电池不锈钢原材料片设置；所述不锈钢原材料片的上表面与正极壳的内底面接触电连接，所述金属锂片的下表面与负极壳的内底面接触电连接，密封壳体内封装有待测的锂离子电池用电解液；工作时，所述检验装置放置于电化学工作站内并启动电化学工作站的计时电流法程序进行检测。本发明能够实现快速检测不锈钢原材料片与电解液之间的适配性。

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其是一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置及检验方法。

背景技术

不同类型的电解液对不同型号的不锈钢有着不同的腐蚀作用，导致传统钢壳电池在长期存储后，受外部温度以及电池电压的影响，加速电解液对电池钢壳的腐蚀，从而导致电池内部发生短路现象。因此不同型号的不锈钢在不同类型电解液中的腐蚀程度会严重影响电池性能，电池在长期使用过程中会出现失效的情况给客户带来极差的使用感。同时，对于制造企业来说，这无疑是最大的损失。

对于不同型号的电池电解液型号和不锈钢外壳的选择是至关重要的，大多数企业在面对电池如何匹配不同型号的不锈钢时，会根据不锈钢生产厂商的推荐以及常规经验去选择电池外壳的不锈钢型号，但一旦所选用的不锈钢型号与电解液不匹配则将会造成不可挽回的损失。也有一些电池生产厂家会通过先制作完整电池，再将完整电池在特定温度环境（常温或45℃）下经过长时间（30天）存储，之后测试电池电压是否发生明显下降或剖开电池查看其内部腐蚀情况，从而判断电解液与电池钢壳之间的适配性，但时间周期太长，在新产品开发过程中无法跟随市场的变化快速做出相应转变。

另外，现有技术中也有“通过塔菲尔曲线（也称“tafel曲线”）测定金属腐蚀速率的方法”，该方法具体为：将电解液倒入电解池内，再放入待测钢片作为工作电极、饱和甘汞作为参比电极、铂金作为对电极，形成基于三电极的tafel检测电化学体系。但是，该方法的电化学体系的电解池是很难做到绝对的密封，而对于锂离子电池来说，其电解液含水量通常要求在50ppm以下，因此，现有的tafel检测电化学体系不适用于锂离子电池电解液的测试；并且，现有的tafel检测电化学体系为三电极体系，体系结构复杂，操作不便，同时，tafel检测电化学体系在电化学工作站进行测试时，还需要进行参数设置，操作复杂。

因此，开发一种能够快速检测不同型号锂离子电池不锈钢原材料对电解液的耐腐蚀性的装置和方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置，通过将该装置放置在电化学工作站进行“电位阶跃计时电量法（也称“计时电流法”）”的测试，就能够根据测试结果中电流值随时间的增加是否发生波动，来判断检验装置内的不锈钢原材料片是否发生腐蚀，进而实现快速检测检验装置内的不锈钢原材料片与电解液之间的适配性。

一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置，包括密封壳体，所述密封壳体由正极壳、负极壳和密封圈组成，其中正极壳和负极壳均呈圆筒形，正极壳仅下端敞开设置，负极壳仅上端敞开设置，正、负极壳上下对扣设置，且正、负极壳之间留有缝隙，所述密封圈填充在该缝隙内实现正、负极壳之间的密封和绝缘；所述密封壳体内自下而上依次叠加设置有金属锂片、隔膜和待测的锂离子电池不锈钢原材料片；隔膜完全覆盖金属锂片和锂离子电池不锈钢原材料片设置，实现隔膜将金属锂片与锂离子电池不锈钢原材料片完全隔开；所述锂离子电池不锈钢原材料片的上表面与正极壳的内底面接触电连接，金属锂片的下表面与负极壳的内底面接触电连接，密封壳体的筒体内腔封装有待测的锂离子电池用电解液，且所述锂离子电池不锈钢原材料片、隔膜和金属锂片均浸泡于电解液内；所述正、负极壳均选用与锂离子电池不锈钢原材料片材质相同的正、负极壳；工作时，所述检验装置放置于电化学工作站内并启动电化学工作站的计时电流法程序进行检测。

计时电流法是一种简单且应用广泛的电化学检测技术。它的工作原理是：在电化学体系的工作电极与参比电极之间施加一个阶跃电势作为激励，由氧化还原反应产生的随时间变化的响应电流流过工作电极和对电极，测量电流响应与时间的函数关系。但是，目前计时电流法仅用于电化学研究，即电子转移动力学研究。

本发明的锂离子电池不锈钢原材料检验装置为一个计时电流法检测体系，由于金属锂的电压通常低于不锈钢的电压，因此，金属锂片既作为参比电极又作为对电极并与负极壳接触电连接，并且，由于金属锂的电压（3.9V）与锂离子电池存储状态时电压（3.9V）基本一致，以金属锂片作为参比电极，能够模拟锂离子电池的储存状态；同时，锂离子电池不锈钢原材料片作为工作电极与正极壳接触电连接；另外，通过密封壳体将金属锂片、待测的锂离子电池不锈钢原材料片、待测的锂离子用电解液一起密封在密封壳体内，保证空气中的水分不会污染锂离子用电解液；再通过将该检验装置放置于电化学工作站内并启动电化学工作站的计时电流法检测系统进行检测，电化学工作站的计时电流法检测系统能够直接测量给出电流与时间的函数关系曲线，通过观察电流值是随时间的增加是否发生波动，来判断检验装置内的待测的不锈钢原材料片是否发生腐蚀，进而实现快速、直观的判断在正常存储状态下，待测的锂离子电池不锈钢原材料与待测的锂离子电池用电解液之间的适配性；此外，所述正、负极壳均选用与锂离子电池不锈钢原材料片材质相同的正、负极壳，避免极壳与锂离子电池不锈钢原材料片的材质不同时，两种不同的不锈钢产品与电解液之间产生的电流测试结果不一致，互相混淆，影响测试结果的准确性；本发明的装置为两电极体系，结构简单、易操作，并且，密闭性好，计时电流法的测试结果也更直观，能够实现快速判断不锈钢原材料与电解液之间适配性的目的。

优选的，所述密封壳体内自上而下依次叠加设置有导电柱、待测的锂离子电池不锈钢原材料片、隔膜和金属锂片，所述导电柱的上表面与正极壳的内底面接触电连接，金属锂片的下表面与负极壳的内底面接触电连接，所述导电柱至少满足以下两条件之一：（1）导电柱采用不与待测的锂离子电池用电解液发生化学反应的材质制得的导电柱；（2）导电柱采用与待测的锂离子电池不锈钢原材料片材质相同的导电柱。所述导电柱起到锂离子电池不锈钢原材料片与正极壳之间的导电作用，同时在锂离子电池不锈钢原材料片厚度较薄时起到金属锂片、隔膜、不锈钢片接触更紧密的作用；为了避免导电柱与电解液发生化学反应影响测试结果，所述导电柱需要采用不与电解液发生化学反应的材质制得的导电柱或采用与锂离子电池不锈钢原材料片材质相同的导电柱。所述导电柱优选为硬质导电柱，可起到金属锂、隔膜、不锈钢片接触更紧密的作用。进一步的，所述导电柱优选为由铝箔卷绕而成的圆柱形结构，与电池极耳材质相同，无需另外购买材料。

本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池不锈钢原材料检验方法，其包括如下步骤：先装配好如上述锂离子电池不锈钢原材料检验装置；再将所述检验装置放置于电化学工作站内，电化学工作站的正、负极分别与所述检验装置的正、负极壳外底面电连接；最后，启动电化学工作站上的计时电流法程序对检验装置进行检测，电化学工作站的显示器上会显示出电流随时间的变化曲线，当电流随时间的增加而出现波动时，锂离子电池不锈钢原材料发生腐蚀，待测的锂离子电池不锈钢原材料与待测的锂离子电池用电解液相适配；当电流随时间的增加不波动时，锂离子电池不锈钢原材料未发生腐蚀，待测的锂离子电池不锈钢原材料与待测的锂离子电池用电解液不适配。

附图说明

图1为实施例1～4中任一实施例的锂离子电池不锈钢原材料检验装置的轴向剖视结构图；

图2为实施例1的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测得的电流-时间变化曲线图；

图3为实施例1的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测试后其内的不锈钢原材料片的显微镜图；

图4为实施例2的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测得的电流-时间变化曲线图；

图5为实施例2的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测试后其内的不锈钢原材料片的显微镜图；

图6为实施例3和4的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测得的电流-时间变化曲线图；

图7为实施例3的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测试后其内的不锈钢原材料片的显微镜图；

图8为实施例4的锂离子电池不锈钢原材料检验装置经计时电流法测试后其内的不锈钢原材料片的显微镜图；

图9为实施例5的锂离子电池不锈钢原材料检验装置的轴向剖视结构图；

图10为导电柱的俯视结构图。

具体实施方式

现具体说明本发明的5种实施方式：

实施例1

如图1所示，一种锂离子电池不锈钢原材料检验装置，包括密封壳体1，所述密封壳体1由正极壳11、负极壳12和密封圈13组成，其中正极壳11和负极壳12均呈圆筒形，正极壳11仅下端敞开设置，负极壳12仅上端敞开设置，正、负极壳（11、12）上、下对扣设置，且正、负极壳（11、12）之间留有缝隙，密封圈13填充在该缝隙内实现正、负极壳（11、12）之间的密封和绝缘；所述密封壳体1内自下而上依次叠加设置有金属锂片2、隔膜3、待测的锂离子电池不锈钢原材料片4和导电柱6；导电柱6采用不与待测的锂离子电池用电解液5发生化学反应的材质制得的导电柱；所述隔膜3完全覆盖金属锂片2和锂离子电池不锈钢原材料片4设置，实现隔膜3将金属锂片2与锂离子电池不锈钢原材料片4完全隔开；所述导电柱6与正极壳11的内底面接触电连接，金属锂片2与负极壳12的内底面接触电连接，密封壳体1的筒体内腔封装有待测的锂离子电池用电解液5，且所述锂离子电池不锈钢原材料片4、隔膜3和金属锂片2均浸泡于所述电解液5内；所述正、负极壳（11、12）均选用与所述的锂离子电池不锈钢原材料片4相同的正、负极壳；工作时，所述检验装置放置于电化学工作站（现有常见结构，未示出）内并启动电化学工作站的计时电流法程序进行检测；

其中，所述的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4为304不锈钢片，所述的待测的锂离子电池用电解液5为K01电解液。

一种锂离子电池不锈钢原材料检验方法，其包括如下步骤：先装配好如上述锂离子电池不锈钢原材料检验装置；再将所述检验装置放置于电化学工作站内，电化学工作站的正、负极分别与所述检验装置的正、负极壳外底面电连接；最后，启动电化学工作站上的计时电流法程序对检验装置进行检测，电化学工作站的显示器上会显示出电流随时间的变化曲线，当电流随时间的增加而出现波动时，锂离子电池不锈钢原材料发生腐蚀，待测的锂离子电池不锈钢原材料与待测的锂离子电池用电解液相适配；当电流随时间的增加不波动时，锂离子电池不锈钢原材料未发生腐蚀，待测的锂离子电池不锈钢原材料与待测的锂离子电池用电解液不适配。

实施例1的锂离子电池不锈钢原材料检验装置在常温条件下，放置在电化学工作站中进行计时电流法测试后的测试结果如图2所示，观察图2中的电流-时间变化曲线可以看到：随着时间增加电流持续下降出现波动，表明采用304不锈钢作为锂离子电池不锈钢原材料（用于制作极壳），同时采用K01电解液作为锂离子电池用电解液进行锂离子电池的组装时，在常温条件下，不锈钢极壳与电解液接触会发生腐蚀反应。

与此同时，本申请人将经计时电流法测试后的检验装置拆开，并通过显微镜对电池内部的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面进行观察，观察结果如图3所示，在图3中可以明显看到：待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面确实存在许多的腐蚀斑点。

因此，304不锈钢原材料与K01电解液在常温下不适配。

实施例2

实施例2的锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法与实施例的不同之处均在于：所述的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4为316L不锈钢片，所述的待测的锂离子电池用电解液5为K01电解液。

实施例2的锂离子电池不锈钢原材料检验装置在常温条件下，放置在电化学工作站中进行计时电流法测试后的测试结果如图4所示，观察图4中的电流-时间变化曲线可以看到：随着时间增加电流不波动，表明采用316L不锈钢作为锂离子电池不锈钢原材料（用于制作极壳），同时采用K01电解液作为锂离子电池用电解液进行锂离子电池的组装时，在常温条件下，不锈钢极壳与电解液接触未发生腐蚀反应。

与此同时，本申请人将经计时电流法测试后的检验装置拆开，并通过显微镜对电池内部的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面进行观察，观察结果如图5所示，在图3中可以明显看到：待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面未出现腐蚀斑点。

因此，316L不锈钢原材料与K01电解液在常温下相适配。

实施例3

实施例3的锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法与实施例的不同之处均在于：所述的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4为304不锈钢片，所述的待测的锂离子电池用电解液5为E2656电解液。

实施例3的锂离子电池不锈钢原材料检验装置在45℃条件下，放置在电化学工作站中进行计时电流法测试后的测试结果如图6所示，观察图6中的“45℃-304”对应的电流-时间变化曲线可以看到：随着时间增加电流出现明显波动，表明采用304不锈钢作为锂离子电池不锈钢原材料（用于制作极壳），同时采用E2656电解液作为锂离子电池用电解液进行锂离子电池的组装时，在45℃条件下，不锈钢极壳与电解液接触会发生腐蚀反应。

与此同时，本申请人将经计时电流法测试后的检验装置拆开，并通过显微镜对电池内部的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面进行观察，观察结果如图7所示，在图3中可以明显看到：待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面出现了许多腐蚀斑点。

因此，304不锈钢原材料与E2656电解液在45℃温度下不适配。

实施例4

实施例4的锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法与实施例的不同之处均在于：所述的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4为316L不锈钢片，所述的待测的锂离子电池用电解液5为E2656电解液。

实施例4的锂离子电池不锈钢原材料检验装置在45℃条件下，放置在电化学工作站中进行计时电流法测试后的测试结果如图6所示，观察图6中的“45℃-316”对应的电流-时间变化曲线可以看到：随着时间增加电流基本不波动，表明采用316L不锈钢作为锂离子电池不锈钢原材料（用于制作极壳），同时采用E2656电解液作为锂离子电池用电解液进行锂离子电池的组装时，在45℃条件下，不锈钢极壳与电解液接触未发生腐蚀反应。

与此同时，本申请人将经计时电流法测试后的检验装置拆开，并通过显微镜对电池内部的待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面进行观察，观察结果如图8所示，在图8中可观察到：待测的锂离子电池不锈钢原材料片4表面未出现腐蚀斑点。

因此，316L不锈钢原材料与E2656电解液在45℃温度下相适配。

上述实施例1~4中的锂离子电池不锈钢原材料检验装置中，所述密封壳体1内均设置有导电柱6，所述导电柱6与正极壳11的内底面接触电连接。但是，实际上，本发明的密封壳体1内也可以不设置导电柱6，当待测的锂离子电池不锈钢原材料片4足够厚，使得金属锂片2、隔膜3、待测的锂离子电池不锈钢原材料片4三者的总厚度与密封壳体1的内腔高度相当时，也可以不设置导电柱6。本发明人也做了不设置导电柱6的试验（即实施例5）。

实施例5

实施例5的锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法与实施例2的不同之处在于：所述密封壳体1内自下而上依次叠加设置有金属锂片2、隔膜3和待测的锂离子电池不锈钢原材料片4；所述锂离子电池不锈钢原材料片4与正极壳11的内底面接触电连接。

实施例5的锂离子电池不锈钢原材料检验装置在常温条件下，放置在电化学工作站中进行计时电流法测试后的测试结果：随着时间增加电流不波动。与实施例2的测试结果一致。

实施例1～实施例3中所用到的K01电解液和E2656电解液均为市售产品，其中E2656电解液购自广州天赐高新材料股份有限公司，K01电解液购自江西科德亿新能源材料科技有限公司。

实施例1～实施例5中导电柱6采用由铝箔卷绕而成的圆柱形结构。铝不与锂离子电池用电解液5发生化学反应。但是，本发明的导电柱6并不限于由铝箔卷绕而成的圆柱形结构，其也可以是圆柱形的铝锭或除铝外的其他不与电解液发生化学反应的导电柱。当然，本发明的导电柱也可以为与待测的锂离子电池不锈钢原材料片4材质相同的导电柱。

本发明的锂离子电池不锈钢原材料检验装置为一个计时电流法检测体系，由于金属锂的电压通常低于不锈钢的电压，因此，金属锂片2既作为参比电极又作为对电极并与负极壳12接触电连接，并且，由于金属锂的电压（3.9V）与锂离子电池存储状态时电压（3.9V）基本一致，以金属锂片2作为参比电极，能够模拟锂离子电池的储存状态；同时，待测的锂离子电池不锈钢原材料片4作为工作电极并与正极壳11接触电连接；另外，通过密封壳体1将金属锂片2、锂离子电池不锈钢原材料片4、锂离子用电解液5一起密封在密封壳体1内，保证空气中的水分不会污染锂离子用电解液；再通过将该检验装置放置于电化学工作站内并启动电化学工作站的计时电流法检测系统进行检测，电化学工作站的计时电流法检测系统能够直接测量给出电流与时间的函数关系曲线，通过观察电流值是随时间的增加是否发生波动，来判断检验装置内的不锈钢原材料片是否发生腐蚀，进而实现快速、直观的判断在正常存储状态下，锂离子电池不锈钢原材料与电解液之间的适配性；此外，所述正、负极壳（11、12）均选用与待测的锂离子电池不锈钢原材料片4相同的正、负极壳，避免极壳与锂离子电池不锈钢原材料片4的材质不同时，两种不同的不锈钢产品与待测的锂离子用电解液5之间产生的电流测试结果不一致，互相混淆，影响测试结果的准确性；本发明的装置为两电极体系，结构简单、易操作，并且，密闭性好，计时电流法的测试结果也更直观，能够实现快速判断不锈钢原材料与电解液之间适配性的目的。

本发明的实施例1～4的锂离子电池不锈钢原材料检验装置和检验方法均可做如下改进：所述导电柱6优选为硬质导电柱，可起到金属锂片2、隔膜3、不锈钢原材料片4接触更紧密的作用。