【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子测量，具体涉及一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统及方法。
技术介绍
1、锂电池由于具有高能量、高功率密度和循环寿命等特点，成为当今最流行的储能设备之一。锂电池作为一种复杂的化学体系，在使用过程中，电池会经历多次的电化学过程，为了研究各个电化学过程中的详细信息，可以需要通过拆解不同测试状态的电池来进行分析，然而由于电池拆解的不可逆性，实验的效率比较低，同时为了延长锂离子电池的寿命并提高其安全性，得到更多有关这些电池的运行和功能的信息，需要一种实时的测试评价电池性能的方法。
2、参比电极已经广泛应用于各种电化学场景，其提供了稳定的参比电位，极化可忽略不计，能够测得正负极的电位及各自阻抗占整个电池阻抗的比例，分别探测正负极的电化学反应，有利于对电池使用情况进行分析，并为单个电池组件的优化提供参考。zhou等人成功将锂金属微型参比电极植入软包电池中，并在电池循环过程中进行了原位阻抗测量。mcturk等人通过在商品化软包电池内植入不同的参比电极，研究了不同形状的参比电极对电池容量的影响。
3、以往的许多对于参比电极的研究都集中于直接将参比电极插入隔膜中，通过分析测量得出的参数研究参比电极对整个电池的影响。然而除了参比电极的影响外，应力也是影响锂电池容量和寿命的一个重要因素，在锂离子嵌入和脱出活性材料的过程中，会引起活性材料发生结构变化，进而造成电极弯曲变形，这一因素会影响电池在循环过程中的容量和寿命，容易导致预先设计的参比电极失效。以往的研究由于将正负电极密封于整个电池中，并不能观
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统及方法。
2、本专利技术提供了一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，具有这样的特征，包括：温箱；模型电池，设置在温箱内，包括一面设有开口的电池仓体、覆盖在开口处的石英玻璃片、密封设置在电池仓体内的正极悬臂梁结构电极、负极悬臂梁结构电极、参比电极以及电解液；电池测试台架，设置在温箱外，与正极悬臂梁结构电极、负极悬臂梁结构电极和参比电极电性连接，用于对模型电池进行恒流充放电循环以及测量电极电压；ccd相机，设置在温箱内，并对准石英玻璃片位置设置，用于原位记录正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极在恒流充放电过程中的变形情况；计算机，与电池测试台架和ccd相机通信连接，用于保存恒流充放电过程中电极的变形情况以及电压变化数据，其中，计算机根据变形情况和电压变化数据对应分析得到正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极在恒流充放电过程中的力学电化学耦合响应。
3、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，正极悬臂梁结构电极、负极悬臂梁结构电极和参比电极均通过夹具与电池仓体的内壁固定连接。
4、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，正极悬臂梁结构电极设有正极极耳，负极悬臂梁结构电极设有负极极耳，正极极耳和负极极耳的一端均穿过电池仓体设置在电池仓体的外侧，电池测试台架的主通道通过正极极耳和负极极耳对应与正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极电性连接，用于进行恒流充放电循环。
5、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，参比电极设有参比电极极耳，参比电极极耳的一端穿过电池仓体设置在电池仓体的外侧，电池测试台架的辅助通道通过参比电极极耳与参比电极连接，用于测量电极电压。
6、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，模型电池还包括上法兰视镜和下法兰视镜，上法兰视镜中设有上部凹槽，下法兰视镜中设有下部凹槽，电池仓体的底部匹配放置在下部凹槽中，石英玻璃片匹配放置在上部凹槽中，上法兰视镜和下法兰视镜之间通过螺栓固定连接对电池仓体和石英玻璃片进行夹紧固定。
7、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，上部凹槽和下部凹槽中均设有垫圈。
8、在本专利技术提供的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，电池仓体的开口的侧边还设有o型槽，o型槽中放置有密封圈。
9、本专利技术还提供了一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量方法，使用上述任意一项的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统进行，包括以下步骤：
10、步骤s1，在手套箱中组装模型电池并置于温箱中，通过温箱调整模型电池所处环境温度，通过电池测试台架的主通道对模型电池进行恒流充放电循环，通过辅助通道分别测量在正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极上的电压，并将恒流充放电过程中的电压变化数据保存在计算机中；
11、步骤s2，通过ccd相机透过石英玻璃片记录在恒流充放电过程中电极的变形情况，并通过计算机保存变形情况，同时计算机通过变形情况进行数据分析，得出正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极的曲率变化；
12、步骤3，计算机建立物理模型对恒流充放电过程中正极悬臂梁结构电极和负极悬臂梁结构电极进行力学响应分析，根据电压变化数据和曲率变化，分析变形过程中曲率与材料参数、杨氏模量和充电状态之间的关系，并得到正负极在恒流充放电过程中的力学电化学耦合响应。
13、专利技术的作用与效果
14、根据本专利技术所涉及的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统及方法，使用电池测试台架与模型电池对应连接，通过主通道对模型电池进行恒流充放电循环，通过辅助通道分别测量在负极和正极上的电压，经过计算机分析得到恒流充放电过程中的电压变化数据并保存在计算机中；同时设有ccd相机原位记录正负极悬臂梁结构电极在电化学过程中的变形情况并保存在计算机，通过分析数据，得出悬臂梁结构电极的曲率变化；进一步通过建立电化学反应过程中的物理模型，运用力学物理模型分析变形过程中曲率与材料参数、杨氏模量和充电状态之间的关系，从而完成对电极的力学响应分析。
15、综上，本专利技术的用于锂电池参比电极原位测量的模型电池系统及方法，可以在分别测量正负极电位的同时，观察到正负极的变形情况，得到正负极在充放电过程中的力学电化学耦合响应，能够从力-电-热多个角度综合分析参比电极的失效机理，进而优化参比电极设计，开发高寿命参比电极的测试方法，用于检测锂电池的健康情况，从而实现锂电池的智能管理。
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1.一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
8.一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量方法，使用权利要求1-7中任意一项所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统进行，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电极多场耦合响应的原位测量系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的用于锂电池参比电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李大伟，沈宸昊，刘佳辉，郑岳久，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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