專利名稱：透明可視鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子二次電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可觀測電池內(nèi)部反應(yīng)的透明可視鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池由于其高容量、高能量密度、體積可調(diào)、重量輕和優(yōu)良的高低溫性能等諸多優(yōu)點而被普遍的用作便攜式電子設(shè)備的電源。鋰離子二次電池的組成部分包括陽極極片、陰極極片、隔離膜、電解液、包裝袋和分別位于陰極極片和陽極極片前端的陰極極耳和陽極極耳。其中，陰極極片上的含鋰活性物質(zhì)一般采用插鋰化合物以提供鋰離子；陽極極片上的活性物質(zhì)一般為碳-碳層間化合物，以提供鋰離子嵌入的空間；非水電解液為溶解了鋰鹽的有機(jī)溶劑，起到運輸鋰離子的作用。充電時，鋰離子從陰極脫出，經(jīng)過電解液嵌入到陽極，陽極處于富鋰狀態(tài)，陰極處于貧鋰狀態(tài)，同時電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到陽極，以確保電荷的平衡。放電時則相反。以陰極活性物質(zhì)為LiCoO2,陽極活性物質(zhì)為C為例:充電時，鋰離子從LiCoO2的晶胞中脫出，其中的離子Co從3價氧化為4價；放電時，鋰離子則嵌入LiCoO2的晶胞中，其中的Co從4價變回為3價。陽極在放電時為C，充電的時候，理論上來說，每6個碳原子可吸收一個鋰離子，形成LiC6?？梢姡囯x子二次電池是一種能量轉(zhuǎn)化器，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，也將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電子的轉(zhuǎn)移過程是不可見的，但是化學(xué)能卻能通過觀察化學(xué)反應(yīng)中的變化而具有一定的可觀測性。但是，目前常見的鋰離子二次電池的外包裝為熱壓塑合的不透明包裝，在充電或放電過程中，無法觀察其充電或放電所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)。而在對電池性能方面的研究，又需要觀察電芯在充電和放電過程中，陽極極片和陰極極片在電解液中的反應(yīng)情況及析鋰情況。普通的電池，在不對電池進(jìn)行破壞的情況下僅能通過儀器外部讀數(shù)評估電池的化學(xué)性能和物理性能，只能觀測到表面現(xiàn)象，不能了解根源問題。且在化成和容量測試過程中，無法觀察陽極極片與陰極極片的反應(yīng)狀態(tài)。有鑒于此，確有必要提供一種可以觀察電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)的透明可視鋰離子二次電池，把不可觀測的電能變化轉(zhuǎn)化為可直觀的化學(xué)變化，在一定程度上為電化學(xué)研究提供了便利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可以觀察電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)的透明可視鋰離子二次電池，把不可觀測的電能變化轉(zhuǎn)化為可直觀的化學(xué)變化，在一定程度上為電化學(xué)研究提供了便利，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子二次電池?zé)o法觀察其充電或放電所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)的不足。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種透明可視鋰離子二次電池，包括陽極極片、陰極極片和電解液，所述陽極極片上設(shè)置有陽極極耳，所述陰極極片上設(shè)置有陰極極耳，所述電解液盛裝于透明可視容器內(nèi)，并且所述電解液的表面設(shè)置有液封有機(jī)物層，所述陽極極片設(shè)置于第一平板表面，所述陰極極片設(shè)置于第二平板表面，并且所述陽極極片和所述陰極極片相對地設(shè)置于所述電解液內(nèi)，所述第一平板和所述第二平板分別通過第一連接桿和第二連接桿設(shè)置在位于所述透明可視容器上方的橫梁上，所述陽極極耳和所述陰極極耳均連接有導(dǎo)線。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述第一平板和所述第二平板的材質(zhì)均為玻璃、不銹鋼或聚四氟乙烯，當(dāng)所述第一平板的材質(zhì)為不銹鋼時，所述第一平板和所述陽極極片之間設(shè)置有絕緣層，當(dāng)所述第二平板的材質(zhì)為不銹鋼時，所述第二平板和所述陰極極片之間設(shè)置有絕緣層。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述液封有機(jī)物層為液體石蠟層或石油醚層。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述第一平板和所述第一連接桿通過第一螺絲連接，所述第二平板和所述第二連接桿通過第二螺絲連接。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述第一連接桿和所述第二連接桿均滑動連接于所述橫梁上，并且所述第一連接桿和所述第二連接桿均連接有蝸桿。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述橫梁上設(shè)置有刻度和數(shù)顯
>J-U ρ α裝直。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述橫梁通過第三螺絲固定于支架上，所述支架設(shè)置于底座臺上，并且所述透明可視容器設(shè)置于所述底座臺上。作為本發(fā)明透明可 視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述第一螺絲和所述第一平板之間設(shè)置有第一橡膠墊，所述第二螺絲和所述第二平板之間設(shè)置有第二橡膠墊。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述陰極極片和所述陽極極片之間設(shè)置有隔膜。作為本發(fā)明透明可視鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述陽極極片和所述陰極極片分別通過不導(dǎo)電膠紙固定于所述第一平板和所述第二平板的表面。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的透明可視鋰離子二次電池省掉了電池的封裝過程，且把不可觀測的電能變化轉(zhuǎn)化為可直接觀測的化學(xué)變化，在一定程度上為電化學(xué)研究提供了便利。采用本發(fā)明的透明可視鋰離子二次電池能快速方便的研究鋰離子二次電池的各種體系，包括不同的陰陽極極片和不同的電解液體系等，而且由于沒有熱塑封的包裝體系，使得本發(fā)明的鋰離子二次電池拆卸起來很方便，便于極片的研究。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中設(shè)置有陽極極片的第一平板的正視圖。圖3是本發(fā)明中設(shè)置有陰極極片的第二平板的正視圖。其中1-陽極極片，2-陰極極片，3-電解液，4-透明可視容器，5-液封有機(jī)物層，6_第一平板，7-第二平板，8-第一連接桿，9-第二連接桿，10-橫梁，11-陽極極耳，12-陰極極耳，13-導(dǎo)線，14-絕緣層，15-第一螺絲，16-第二螺絲，17-刻度，18-數(shù)顯裝置，19-第三螺絲，20-支架，21-底座臺，22-隔膜。
具體實施例方式如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的一種透明可視鋰離子二次電池，包括陽極極片1、陰極極片2和電解液3，陽極極片I上設(shè)置有陽極極耳11，陰極極片2上設(shè)置有陰極極耳12，電解液3盛裝于透明可視容器4內(nèi)，并且電解液3的表面設(shè)置有液封有機(jī)物層5，陽極極片I設(shè)置于第一平板6表面，陰極極片2設(shè)置于第二平板7表面，并且陽極極片I和陰極極片2相對地設(shè)置于電解液3內(nèi)，第一平板6和第二平板7分別通過第一連接桿8和第二連接桿9設(shè)置在位于透明可視容器4上方的橫梁10上，陽極極耳11和陰極極耳12均連接有導(dǎo)線13。其中，第一平板6和第二平板7能夠分別對陽極極片I和陰極極片2起到固定作用，通過將導(dǎo)線13與外部充放電設(shè)備連接可以實現(xiàn)對電池的充放電，液封有機(jī)物層5可用于封裝電解液3，隔離電解液3和空氣之間的作用，避免副反應(yīng)發(fā)生。其中的陽極極片I與陰極極片2應(yīng)當(dāng)是雙面涂布或單面涂布的單片極片。陽極極片I與陰極極片2浸潤于電解液3中，浸潤的深度根據(jù)實驗需求而定，兩片極片之間的距離應(yīng)當(dāng)保證在可對其進(jìn)行充放電的范圍內(nèi)。陽極極片I與陰極極片2的大小可以隨意調(diào)整，根據(jù)實驗需求具體而定。陰極極片2含有可以嵌入和脫出鋰的陰極活性物質(zhì)，陽極極片I含有石墨或合金類活性物質(zhì)，而且電解液應(yīng)當(dāng)具有離子傳導(dǎo)性。合金類陽極活性物質(zhì)為選自含有硅的的合金類陽極活性物質(zhì)及含有錫的合金類陽極活性物質(zhì)之中的至少一種:含有硅的合金系陽極活性物質(zhì)為選自硅、硅氧化物、硅氮化物、含硅合金和硅化合物中的至少一種；含有錫的合金系陽極活性物質(zhì)為選自錫、錫氧化物、含錫合金和錫化合物中的至少一種。其中，第一平板6和第二平板7的材質(zhì)均為玻璃、不銹鋼或聚四氟乙烯，玻璃、不銹鋼和聚四氟乙烯為均不與電解液3反應(yīng)且不溶于電解液3的物質(zhì)。當(dāng)?shù)谝黄桨?的材質(zhì)為不銹鋼時，第一平板6和陽極極片I之間設(shè)置有絕緣層14，當(dāng)?shù)诙桨?的材質(zhì)為不銹鋼時，第二平板7和陰極極片2之間設(shè)置有絕緣層14，從而防止第一平板6和陽極極片I相互導(dǎo)通、第二平板7和陰極極片2相互導(dǎo)通，防止在充放電過程中陰極極片2與陽極極片I發(fā)生短路，對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。液封有機(jī)物層5為液體石蠟層或石油醚層。液體石蠟和石油醚均不溶于電解液，且可以漂浮在電解液上，不與電解液反應(yīng)，可以起到隔離空氣和電解液的作用。第一平板6和第一連接桿8通過第一螺絲15連接，第二平板7和第二連接桿9通過第二螺絲16連接。通過松開第一螺絲15和第二螺絲16，就可以使第一平板6和第二平板7相對于電解液3上下移動。第一連接桿8和第二連接桿9均滑動連接于橫梁10上，并且第一連接桿8和第二連接桿9均連接有蝸桿。通過蝸桿傳動可以改變陽極極片I與陰極極片2之間的距離。將第一連接桿8和第二連接桿9之間的距離調(diào)至實驗所需距離，可以陽極極片I與陰極極片2之間的距離對電化學(xué)性能的影響。橫梁10上設(shè)置有刻度17和數(shù)顯裝置18。其中第一連接桿8和第二連接桿9之間的距離可以通過數(shù)顯裝置4來顯示，也可以從刻度17上直接讀出。橫梁10通過第三螺絲19固定于支架20上，支架20設(shè)置于底座臺21上，并且透明可視容器4設(shè)置于底座臺21上。支架20用于固定橫梁10，使橫梁10位于透明可視容器4的上方。第一螺絲15和第一平板6之間設(shè)置有第一橡膠墊，第二螺絲16和第二平板7之間設(shè)置有第二橡膠墊。橡膠墊可以增大摩擦力，使調(diào)整陽極極片I和陰極極片2的上下位置時，能夠?qū)㈥枠O極片I和陰極極片2更好的固定在所需要的位置而不發(fā)生偏移或晃動，因而不會對實驗產(chǎn)生不必要的影響。陰極極片2和陽極極片I之間設(shè)置有隔膜22。陽極極片I和陰極極片2分別通過不導(dǎo)電膠紙固定于第一平板6和第二平板7的表面。不導(dǎo)電膠紙粘性強(qiáng)，可保證陽極極片I和第一平板6，以及陰極極片2和第二平板7之間的牢固貼合。而且不導(dǎo)電膠紙本身不導(dǎo)電，因此可以避免陽極極片I和第一平板6，以及陰極極片2和第二平板7之間導(dǎo)通。本發(fā)明一種透明可視鋰離子二次電池的制備方法如下:將涂布完成的陽極極片I和陰極極片2烘干，裁剪成需要的大小，用不導(dǎo)電膠紙分別固定于第一平板6和第二平板7的表面。往透明可視容器4中注入實驗所需電解液3，電解液3的量需要視實驗要求而定；然后將第一平板6通過第一螺絲15連接在固定在橫梁10上的第一連接桿8上，將第二平板7通過第二螺絲16連接在固定在橫梁10上的第二連接桿9上，使得陽極極片I和陰極極片2浸潤在電解液3中，通過調(diào)節(jié)第一螺絲15和第二螺絲16調(diào)整陽極極片I和陰極極片2浸入電解液中的深度，然后注入液封有機(jī)物，以隔絕電解液3和空氣的接觸，避免副反應(yīng)發(fā)生；調(diào)節(jié)實驗所需的極片間距，固定第一連接桿8和第二連接桿9的位置，再將導(dǎo)線13與充放電設(shè)備連接，對電池進(jìn)行充放電，觀察實驗現(xiàn)象。通過將陽極極片I和陰極極片2放置到不同的體系，對電池進(jìn)行充放電，便可方便的觀察到隨著電能的轉(zhuǎn)化，極片之間或者極片上發(fā)生的化學(xué)變化，檢測在不同的環(huán)境下的充放電情況、產(chǎn)氣情況或者陽極表面的析鋰情況。采用以上制備方法能在較短的時間內(nèi)制備不同體系的電池，制備工藝簡單易行，而且電池拆解方便快速，并可直觀電池反應(yīng)時極片的變化，適用于實驗室研究不同的體系，極大縮短了研發(fā)時間，增加了實驗結(jié)果的直觀性。通過改變陽極極片I和陰極極片2、電解液3的組成和透明可視容器4的放置環(huán)境可以實現(xiàn)多種環(huán)境下電池的電化學(xué)性能引起的極片的微觀變化的研究，減少了多個因素之間的互相影響，有效提高解決問題分析問題的針對性，從而實現(xiàn)對電池性能的快速研究。在不同實施方式中，通過調(diào)整陽極極片I和陰極極片2的成分、種類、電解液3的組成及外接實驗儀器的程序設(shè)置、透明可視容器4放置的環(huán)境，可以模擬研究不同電化學(xué)體系和不同使用環(huán)境對鋰離子二次電池性能的影響。總之，本發(fā)明提供的透明可視鋰離子二次電池省掉了電池的封裝過程，且把不可觀測的電能變化轉(zhuǎn)化為可直接觀測的化學(xué)變化，在一定程度上為電化學(xué)研究提供了便利。采用本發(fā)明的透明可視鋰離子二次電池能快速方便的研究鋰離子二次電池的各種體系，包括不同的陰陽極極片和不同的電解液體系等，而且由于沒有熱塑封的包裝體系，使得本發(fā)明的鋰離子二次電池拆卸起來很方便，便于極片的研究。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種透明可視鋰離子二次電池，包括陽極極片、陰極極片和電解液，所述陽極極片上設(shè)置有陽極極耳，所述陰極極片上設(shè)置有陰極極耳，其特征在于:所述電解液盛裝于透明可視容器內(nèi)，并且所述電解液的表面設(shè)置有液封有機(jī)物層，所述陽極極片設(shè)置于第一平板表面，所述陰極極片設(shè)置于第二平板表面，并且所述陽極極片和所述陰極極片相對地設(shè)置于所述電解液內(nèi)，所述第一平板和所述第二平板分別通過第一連接桿和第二連接桿設(shè)置在位于所述透明可視容器上方的橫梁上，所述陽極極耳和所述陰極極耳均連接有導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述第一平板和所述第二平板的材質(zhì)均為玻璃、不銹鋼或聚四氟乙烯，當(dāng)所述第一平板的材質(zhì)為不銹鋼時，所述第一平板和所述陽極極片之間設(shè)置有絕緣層，當(dāng)所述第二平板的材質(zhì)為不銹鋼時，所述第二平板和所述陰極極片之間設(shè)置有絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述液封有機(jī)物層為液體石蠟層或石油醚層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述第一平板和所述第一連接桿通過第一螺絲連接，所述第二平板和所述第二連接桿通過第二螺絲連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述第一連接桿和所述第二連接桿均滑動連接于所述橫梁上，并且所述第一連接桿和所述第二連接桿均連接有蝸桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述橫梁上設(shè)置有刻度和數(shù)顯裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述橫梁通過第三螺絲固定于支架上，所述支架設(shè)置于底座臺上，并且所述透明可視容器設(shè)置于所述底座臺上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述第一螺絲和所述第一平板之間設(shè)置有第一橡膠墊，所述第二螺絲和所述第二平板之間設(shè)置有第二橡膠墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述陰極極片和所述陽極極片之間設(shè)置有隔膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明可視鋰離子二次電池，其特征在于:所述陽極極片和所述陰極極片分別通過不導(dǎo)電膠紙固定于所述第一平板和所述第二平板的表面。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子二次電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種透明可視鋰離子二次電池，包括陽極極片、陰極極片和電解液，電解液盛裝于透明可視容器內(nèi)，并且電解液的表面設(shè)置有液封有機(jī)物層，陽極極片設(shè)置于第一平板表面，陰極極片設(shè)置于第二平板表面，并且陽極極片和陰極極片相對地設(shè)置于電解液內(nèi)，第一平板和第二平板分別通過第一連接桿和第二連接桿設(shè)置在橫梁上，陽極極耳和陰極極耳均連接有導(dǎo)線。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明把不可觀測的電能變化轉(zhuǎn)化為可直接觀測的化學(xué)變化，在一定程度上為電化學(xué)研究提供了便利。采用本發(fā)明能快速方便的研究鋰離子二次電池的各種體系，而且由于沒有熱塑封的包裝體系，使得本發(fā)明拆卸起來很方便，便于極片的研究。
文檔編號H01M10/058GK103078066SQ20131000885
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者王娜, 陳治, 汪穎, 胡佳佳 申請人:東莞新能源科技有限公司