本发明涉及一种化学电池模具,特别涉及一种全固态电池模具,属于。
背景技术:
全固态电池是由纯固态的正极、负极和电解质三部分按照一定的结构组成。因为全固态电池工作时,正极和负极会通过电解质进行固相的物质传输,因此需要对正极、负极和电解质施加高压力,以促进物质传输,从而改进全固态电池的电化学性能。例如文献(appliedphysicsa,2016,122,251)报道以配位氢化物为电解质的全固态电池需要100mpa以上的压力才能表现出较好的电化学性能。
在现有技术中,商业化的扣式电池模具(如cr2032)依靠外壳的弹性提供压力,所以压力一般小于10mpa;其他的一些电池模具(如中国专利,申请号cn201010604223.0;文献nanotechnology,2015,26,254001),由于采用弹簧产生压力,根据机械设计手册,也无法提供100mpa以上的压力;压力可控型电池组装套件模具(中国专利,申请号cn201620521610.0)通过使用压力可控设备对上、下模芯施加压力来实现加压,但是,该模具需配套压力可控设备,而压力可控设备(如液压机)同时或部分存在以下几个缺点:(1)体积、重量大,(2)成本高,(3)不兼容高温条件,这导致批量化、系统化的全固态电池测试和使用无法实现。
技术实现要素:
本发明旨在提供一种全固态电池模具,该模具除了具备电池模具所必需的密封性、内部绝缘性外,还无需配套设备就能提供高的压力,空间利用率高,适用度范围宽。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种全固态电池模具,包括加压组件、压力传导组件和绝缘组件,所述加压组件用于提供压力,包括中空的内螺纹金属件和与之螺纹匹配的中空的外螺纹金属件;压力传导组件置于加压组件中,用于将加压组件提供的压力传导至置于压力传导组件底部中的全固态电池的电极和电解质;所述压力传导组件包括能够外接引线的棒状金属件;绝缘组件用于防止全固态电池短路,包括绝缘垫片和绝缘套管,绝缘垫片置于外接引线的棒状金属件与中空的内螺纹金属件之间,绝缘套管置于外接引线的棒状金属件与中空的外螺纹金属件之间。
作为优选,加压组件提供的压力可以通过对其施加的扭矩的计算得到。
作为优选,加压组件包括一个桶装的内螺纹金属件和一个桶装的外螺纹金属件,其中的一个金属件的端面开有小孔,用于引出压力传导组件的引线,另一个金属件端面无孔。
作为优选,所述加压组件和压力传导组件的材料为铁、铜、铝及其合金中的一种。
作为优选,所述绝缘组件的材料为聚四氟乙烯、尼龙、聚醚醚酮及其衍生物中的一种。
作为优选,加压组件、压力传导组件和绝缘组件的连接处使用密封圈、密封脂进行密封。
本发明与现有技术相比,具有的有益效果是:(1)无需配套设备就可以可控提供高的压力,如不锈钢加压组件可提供200mpa的压力;(2)空间利用率高,体积小,兼容批量化测试和使用,如当电极和电解质的直径为2厘米时,模具体积只有50立方厘米;(3)适用温度范围宽,如聚醚醚酮绝缘组件可用于最低-90摄氏度、最高250摄氏度的测试和使用温度。
附图说明
图1为本发明的全固态电池模具各组件装配示意图;
图2为本发明全固态电池模具各组件拆分示意图;
图3为本发明根据实施例1所测电池在不同温度下的交流阻抗图;
图4为本发明根据实施例2所测电池在55℃的充放电曲线图;
图5为本发明根据实施例3所测电池在125℃的充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一:
如图1和图2如示,一种全固态电池模具,该模具包括桶状的内螺纹铝合金件1、桶状的外螺纹铝合金件5、外接引线的棒状铝合金件3、聚四氟乙烯绝缘垫片2和聚四氟乙烯绝缘套管4。中,1.1为内螺纹,5.2为对应的外螺纹,5.1为密封圈。另外6为全固态电池的正极、电解质和负极。桶状的内螺纹铝合金件1与桶状的外螺纹铝合金件5之间通过螺纹连接,桶状的外螺纹铝合金件5内放入外接引线的棒状铝合金件3,桶状的外螺纹铝合金件5与外接引线的棒状铝合金件3之间用聚四氟乙烯绝缘套管4绝缘,外接引线的棒状铝合金件3顶端用聚四氟乙烯绝缘垫片2与桶状的内螺纹铝合金件1绝缘接触。桶状的内螺纹铝合金件1端面开有小孔,用于引出外接引线的棒状铝合金件3的引线。
以正极(20mg磷酸铁锂与1mg导电碳混合物)、电解质(200mg硼氢化锂-碘化锂)和负极(100mg锂)的顺序置于全固态电池模具内,使用密封脂对接口进行密封,并使用扭矩扳手施加10牛米扭矩进行加压,通过计算,压力为50mpa,分别在35℃、55℃、75℃下进行电化学阻抗谱测试。如图3所示,每种温度下各测试两个相同配比的电池。测试结果显示,相同温度下,两个电池测试结果重复性高,证明本发明全固态电池模具一致性好,同时,不同温度下的电池阻抗测试结果接近理论值,证明本发明全固态电池模具不会引入额外的阻抗。
实施例二:
如图1和图2如示,一种全固态电池模具,该模具包括桶状的内螺纹铝合金件1、桶状的外螺纹铝合金件5、外接引线的棒状铝合金件3、尼龙绝缘垫片2和尼龙绝缘套管4。其中,1.1为内螺纹,5.2为对应的外螺纹,5.1为密封圈。其中6为全固态电池的正极、电解质和负极。桶状的内螺纹铝合金件1与桶状的外螺纹铝合金件5之间通过螺纹连接,桶状的外螺纹铝合金件5内放入外接引线的棒状铝合金件3,桶状的外螺纹铝合金件5与外接引线的棒状铝合金件3之间用尼龙绝缘套管4绝缘,外接引线的棒状铝合金件3顶端用尼龙绝缘垫片2与桶状的内螺纹铝合金件1绝缘接触。桶状的内螺纹铝合金件1端面开有小孔,用于引出外接引线的棒状铝合金件3的引线。
以正极(7mg钛酸锂、2mg硼氢化锂与1mg导电碳混合物),电解质(80mg的硼氢化锂)和负极(20mg锂)的顺序置于全固态电池模具内,使用密封脂对接口进行密封,并使用扭矩扳手施加20牛米扭矩进行加压,通过计算,压力为100mpa,在55℃下进行电池充放电性能测试。如图4所示,在0.1c的电流下,使用该模具的固态钛酸锂电池充电平台为1.6v,放电平台为1.5v,首次充放电具有155mah/g的容量,且循环5次后仍保有139mah/g的电池容量。
实施例三:
如图1和图2如示,一种全固态电池模具,该模具包括桶状的内螺纹不锈钢件1、桶状的外螺纹不锈钢件5、外接引线的棒状不锈钢件3、尼龙绝缘垫片2和尼龙绝缘套管4。其中,1.1为内螺纹,5.2为对应的外螺纹,5.1为密封圈。其中6为全固态电池的正极、电解质和负极。桶状的内螺纹不锈钢件1与桶状的外螺纹不锈钢件5之间通过螺纹连接,桶状的外螺纹不锈钢件5内放入外接引线的棒状不锈钢件3,桶状的外螺纹不锈钢件5与外接引线的棒状不锈钢件3之间用尼龙绝缘套管4绝缘,外接引线的棒状不锈钢件3顶端用尼龙绝缘垫片2与桶状的内螺纹不锈钢件1绝缘接触。桶状的内螺纹不锈钢件1端面开有小孔,用于引出外接引线的棒状不锈钢件3的引线。
以正极(10mg硫、5mg导电碳和5mg硼氢化锂混合物20mg,电解质(100mg硼氢化锂-氯化锂),负极(50mg锂)的顺序置于全固态电池模具内,使用密封脂对接口进行密封,并使用扭矩扳手施加10牛米扭矩进行加压,通过计算,压力为50mpa,在125℃下进行电池充放电性能测试。如图5所示,在0.2c的电流下,使用该模具的固态锂硫电池充电平台为2.5v,放电平台为2v,首次充放电具有1280mah/g的容量,且第二次循环时,电池仍保有1200mah/g的容量。