本发明涉及新能源锂离子电池研究、制造及测试领域，具体为一种快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法。
背景技术：
1、自锂离子二次电池技术问世以来，因其具有的优异性能获得了广泛的应用，如：数码产品、交通运输、电动工具、航天探测等领域。随着社会的日益发展，电源的使用场景越发复杂、环境越发严苛，诸如对更宽的使用温度、更高的功率密度或能量密度、更高的安全性能等方面有更高的要求，迫切需要发展更加先进的电池技术。
2、在既往锂离子电池相关材料及体系的研究当中，学者们需要对研究对象做系统的分析表征，如：红外、拉曼、扫描电镜以及x射线衍射等，推演材料的物理化学性质，试图从材料科学角度揭示材料结构对电化学反应的影响规律，通过制备半电池测试进一步得到验证，指导新一代锂电材料的更新发展方向。传统电池材料体系的研究通常是以半电池为载体，分析在特定条件下新材料体系的性能优势，但半电池因自身阻抗较高、电流密度偏低、封装过程易短路等问题，只能满足部分条件下的性能测试，而更宽温度范围、更大功率密度下的性能，以及体系的稳定安全性能等方面无法做到准确评估。
3、部分学者选择将新材料或工艺制备成全电池，通过全电池的测试数据证明其研究成果，相较于半电池，全电池可以在更大的尺度上说明材料和体系的性能，而且全电池满足高低温适应性、功率型验证、安全性评估等工作的需求，可以更全面具体的论述研究内容的先进性。与商业型电池相似，实验室研究所用的全电池通常采用软包、圆柱铝壳或方形铝壳等方式，但受结构限制，需要使用特定的仪器设备辅助完成电池组装，如：铝塑膜冲坑机、热封机、超声焊接机、激光焊接机等，加工复杂且精度要求较高，容易出现封装不良、电解液渗漏等问题，影响电池性能的发挥；在测试完成后，因各组件无法无损拆解，因不能多次重复使用而选择报废处理，资源浪费严重，不利于环境保护。
4、随着有关锂离子电池新材料体系和工艺研究的日益增多，亟需一种能快速、稳定、可重复验证锂离子电池新材料及工艺性能的方法。
技术实现思路
1、针对研究新型锂离子电池材料体系及工艺性能的过程中，存在的实验型锂离子电池制备周期长、一致性差难以重复验证、封装材料浪费严重等难点。本发明的目的在于提供一种快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，解决现阶段研究锂离子电池材料体系及工艺过程中开发周期长、性能难以重复、设备要求高、人力物力成本投入大等难题。
2、本发明技术方案如下：
3、一种快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，实验型锂离子电池的封装主体由电池测试底座、密封圈、上盖板、被测电芯和紧固螺栓组成，电池测试底座、密封圈、上盖板使用耐电解液材料注塑成型，依靠三者之间的紧密连接，各组件间均采用螺纹连接或弹性贴合，形成与外界隔绝的密闭空间，提供良好的电化学反应环境；
4、上盖板与电池测试底座为上下相对设置，在电池测试底座左侧开设凹槽一，用于放置被测电芯；靠近凹槽一右侧继续开设凹槽二，用于电池化成产气时的存放与排气操作时过渡缓冲；在电池测试底座的顶部、凹槽一和凹槽二的外侧开设凹槽三，在上盖板底部开设与凹槽三相对应的密封凹槽，密封圈嵌入凹槽三和密封凹槽内并贴合。
5、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，在上盖板与凹槽二对应位置的中部开两个内螺纹通孔，分别安装纯铜材质真空止回阀与真空泄压阀，用于电池组装完成后的电池抽真空排气与测试完成后拆解电池时的泄真空操作。
6、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，电池测试底座及上盖板的外侧为方形，电池测试底座及上盖板外侧的长度和宽度尺寸相同，在电池测试底座及上盖板边缘做通孔，沿电池测试底座及上盖板一圈均匀分布，在通孔中插入螺栓并配合螺母拧紧实现底座与上盖板的连接；在电池测试底座的底面开孔位置，再开正六边形凹槽，将所用螺母嵌入凹槽并用胶固定，将螺栓插入通孔并旋紧，使电池测试底座与上盖板之间的贴合，螺栓配合密封圈，实现被测电芯内与外部环境的隔绝。
7、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，电池测试底座设置有铝材质正极测试端子与铜材质负极测试端子，正极测试端子和负极测试端子在电池测试底座中放置被测电芯的凹槽内侧设有竖直螺栓结构，正极测试端子和负极测试端子在电池测试底座中放置被测电芯的凹槽外部根据测试通道选择片状、线状、螺柱、金属台面中的一种；被测电芯的正极耳、负极耳提前打孔，组装时分别套入正极测试端子和负极测试端子上的螺栓，并用对应材质的金属压块压紧，再用螺母旋紧连接，电池测试底座与上盖板之间使用螺栓和螺母旋紧连接。
8、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，电池测试底座包括正极测试端子、正极测试端铆接螺栓、负极测试端子、负极测试端铆接螺栓、底座，具体结构如下：
9、长方体底座中间开设凹槽，长方体底座的顶部边缘四周均匀开设底座通孔，凹槽包括凹槽一、凹槽二、凹槽三，长方体凹槽一与长方体凹槽二相连通形成阶梯形底座总开槽，凹槽一的长度与凹槽二的长度相等，凹槽一的宽度和深度分别大于凹槽二的宽度和深度，底座总开槽的外围开设长方形凹槽三；正极测试端子、负极测试端子伸至凹槽一内的一端为极耳内部连接端，正极测试端子的极耳内部连接端上设有正极测试端铆接螺栓，负极测试端子的极耳内部连接端上设有负极测试端铆接螺栓，正极测试端子、负极测试端子分别通过极耳内部连接端与被测电芯的正极耳、负极耳相对应，正极测试端铆接螺栓、负极测试端铆接螺栓分别与正极耳、负极耳的中心开孔连接，正极测试端子、负极测试端子伸至凹槽一外的一端分别开设正极测试端通孔、负极测试端通孔。
10、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，在与凹槽一宽度方向垂直的底座同侧相对平行安装正极测试端子、负极测试端子，或者在与凹槽一宽度方向垂直的底座对侧相对安装设置正极测试端子、负极测试端子。
11、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，凹槽三为在底座总开槽最外侧开设长方形横截面半圆的密封槽，在上盖板底部开设与凹槽三相对应长方形横截面半圆的密封凹槽，使密封圈嵌入凹槽三和密封凹槽内并紧密贴合。
12、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，被测电芯为方形设计，被测电芯由正极片、负极片与隔膜构成，组成方式为叠片式或卷绕式；正极体系为磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、金属锂中的一种或两种以上，负极体系为石墨、改性包覆石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、锂金属中的一种或两种以上，隔膜材质为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两者复合。
13、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，实验型锂离子电池的封装主体所需电池测试底座、上盖板及密封圈均使用耐电解液材料，电池测试底座及上盖板是由耐电解液且不参与电化学反应的树脂类聚合物材料制得，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种以上；电池测试底座与上盖板之间使用环状密封圈，密封圈的材质包括三元乙丙橡胶、全氟醚橡胶、硅胶中的一种或两种以上。
14、所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，该方法在环境露点温度小于-45℃的低湿环境中，将被测电芯的正极耳、负极耳顶端开设圆孔，将被测电芯置于电池测试底座的长方形开槽空间内；被测电芯的正极耳套入正极测试端子上的正极测试端铆接螺栓，然后使用铝或铝合金材质的螺母与电池测试底座上的正极测试端子锁固连接；利用相同方式，被测电芯的负极耳套入负极测试端子上的负极测试端铆接螺栓，然后使用铜或铜镀镍材质的螺母与电池测试底座上的负极测试端子连接；将所需电解液注入被测电芯所在的电池测试底座凹槽内，然后在底座顶部密封槽放上密封圈，盖好上盖板，上盖板与电池测试底座边缘对齐；使用螺栓及螺母，穿入上盖板与底座通孔，拧紧螺栓保证上盖板与电池测试底座密封良好；将上盖板上的真空泄压阀关闭，静置6至24小时保证电解液充分浸润被测电芯；将实验型锂离子电池的封装主体转移至正常气氛下，连接上盖板上的真空止回阀与真空泵，开启真空泵对电池内抽真空，至相对真空度在-95kpa以下，断开管路；至此，完成实验型锂离子电池封装主体的制备，进行电池测试和测试数据整理，电池测试完成后，无损拆开被测电芯与电池测试底座，电池测试底座经清洗烘干实现重复使用。
15、本发明技设计思路如下：
16、传统锂离子电池结构，如：软包、圆柱及方形铝壳，在组装环节被测电芯均需要利用超声焊，完成被测电芯极耳与外壳的连接；圆柱与铝壳电池在盖板与壳体连接时还需使用激光焊接设备，完成外壳的封装，软包则需要使用热封机完成封装。但激光焊接机的设备成本较高，焊接加工时需要专用工装治具，电池型号切换时工装调试繁琐，或采用软包铝塑膜封装时，遇到封装不良，出现漏气与电解液渗漏的问题，无法保证电池的长周期内的稳定测试；在电池组装过程中，电池各组件已成一体，测试完成后不能做到无损拆卸，电池只能报废处理，造成了大量封装材料的浪费。
17、在此，我们提出一种快速可重复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，具体为使用在宽温域范围内，选用有一定物理强度、在有机溶剂的长期浸泡下不会发生溶胀变形的材料，制作电池的封装主体；选择密封性能好、在有机溶剂的长期浸泡下不会发生溶胀变形的材料，作为实验型锂离子电池的密封介质；被测电芯的正极耳、负极耳与电池测试底座上的正极测试端子、负极测试端子，选择螺栓连接替代传统的超声焊接，电池测试完成后，旋开螺栓可以无损拆开被测电芯与电池测试底座，电池测试底座经清洗烘干实现重复使用；实验型锂离子电池盖板上设置真空止回阀与真空泄压阀，可连接外部真空设备为电池提供负压或真空内部环境。将电池测试底座、被测电芯、密封圈、上盖板和紧固螺栓，依次连接组装，不需要使用超声焊接、激光焊接、铝塑膜冲坑机、热封机等设备，只需拧紧对应位置螺栓即可完成实验型锂离子电池的组装，实现快速可反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的目的。
18、本发明的优点及有益效果是：
19、1、与传统锂离子电池组装工艺对比，本发明采用螺栓连接替代超声焊接，外壳封装使用螺栓与密封圈配合替代铝塑膜热封及激光焊接，仅需手动旋紧螺栓，即可实现电池的组装、封装、拆卸过程，方便快捷。
20、2、本发明所用各组件仅依靠机械方式紧固连接，且电解液不会对组件造成损伤，电池拆解后各组件经清洗烘干可反复使用，减少封装材料，如：铝塑膜、极耳、铝壳及铝盖板的损耗，绿色环保。
21、3、本发明在电池上盖板设置真空止回阀和真空泄压阀，在电池组装完成后抽真空排气密封，为被测电芯电化学反应的发生提供良好的内部环境；还可在测试完成后，将电池内真空泄放，便于电池的快速拆解与解刨研究；而且，在电池测试过程中一旦出现大量产气的情况，气体可自行通过真空止回阀排出，避免因气压累积过大造成电池爆炸伤人，更加安全可靠。
22、4、本发明电池外壳所用材料为无色半透明材质，靠目视就可观察被测电芯及电解液在测试过程中的颜色、状态变化，可辅助评估电池状态。
23、5、本发明制得的实验型锂离子电池，一致性好、重复性高。同时，可满足不同电池体系、不同环境温度、不同加工工艺等方向的研究测试使用，兼容性高。
1.一种快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，实验型锂离子电池的封装主体由电池测试底座、密封圈、上盖板、被测电芯和紧固螺栓组成，电池测试底座、密封圈、上盖板使用耐电解液材料注塑成型，依靠三者之间的紧密连接，各组件间均采用螺纹连接或弹性贴合，形成与外界隔绝的密闭空间，提供良好的电化学反应环境；
2.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，在上盖板与凹槽二对应位置的中部开两个内螺纹通孔，分别安装纯铜材质真空止回阀与真空泄压阀，用于电池组装完成后的电池抽真空排气与测试完成后拆解电池时的泄真空操作。
3.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，电池测试底座及上盖板的外侧为方形，电池测试底座及上盖板外侧的长度和宽度尺寸相同，在电池测试底座及上盖板边缘做通孔，沿电池测试底座及上盖板一圈均匀分布，在通孔中插入螺栓并配合螺母拧紧实现底座与上盖板的连接；在电池测试底座的底面开孔位置，再开正六边形凹槽，将所用螺母嵌入凹槽并用胶固定，将螺栓插入通孔并旋紧，使电池测试底座与上盖板之间的贴合，螺栓配合密封圈，实现被测电芯内与外部环境的隔绝。
4.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，电池测试底座设置有铝材质正极测试端子与铜材质负极测试端子，正极测试端子和负极测试端子在电池测试底座中放置被测电芯的凹槽内侧设有竖直螺栓结构，正极测试端子和负极测试端子在电池测试底座中放置被测电芯的凹槽外部根据测试通道选择片状、线状、螺柱、金属台面中的一种；被测电芯的正极耳、负极耳提前打孔，组装时分别套入正极测试端子和负极测试端子上的螺栓，并用对应材质的金属压块压紧，再用螺母旋紧连接，电池测试底座与上盖板之间使用螺栓和螺母旋紧连接。
5.按照权利要求1至4之一所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，电池测试底座包括正极测试端子、正极测试端铆接螺栓、负极测试端子、负极测试端铆接螺栓、底座，具体结构如下：
6.按照权利要求5所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，在与凹槽一宽度方向垂直的底座同侧相对平行安装正极测试端子、负极测试端子，或者在与凹槽一宽度方向垂直的底座对侧相对安装设置正极测试端子、负极测试端子。
7.按照权利要求5所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，凹槽三为在底座总开槽最外侧开设长方形横截面半圆的密封槽，在上盖板底部开设与凹槽三相对应长方形横截面半圆的密封凹槽，使密封圈嵌入凹槽三和密封凹槽内并紧密贴合。
8.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，被测电芯为方形设计，被测电芯由正极片、负极片与隔膜构成，组成方式为叠片式或卷绕式；正极体系为磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、金属锂中的一种或两种以上，负极体系为石墨、改性包覆石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、锂金属中的一种或两种以上，隔膜材质为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两者复合。
9.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，实验型锂离子电池的封装主体所需电池测试底座、上盖板及密封圈均使用耐电解液材料，电池测试底座及上盖板是由耐电解液且不参与电化学反应的树脂类聚合物材料制得，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯中的一种或两种以上；电池测试底座与上盖板之间使用环状密封圈，密封圈的材质包括三元乙丙橡胶、全氟醚橡胶、硅胶中的一种或两种以上。
10.按照权利要求1所述的快速反复验证锂离子电池材料体系及工艺性能的方法，其特征在于，该方法在环境露点温度小于-45℃的低湿环境中，将被测电芯的正极耳、负极耳顶端开设圆孔，将被测电芯置于电池测试底座的长方形开槽空间内；被测电芯的正极耳套入正极测试端子上的正极测试端铆接螺栓，然后使用铝或铝合金材质的螺母与电池测试底座上的正极测试端子锁固连接；利用相同方式，被测电芯的负极耳套入负极测试端子上的负极测试端铆接螺栓，然后使用铜或铜镀镍材质的螺母与电池测试底座上的负极测试端子连接；将所需电解液注入被测电芯所在的电池测试底座凹槽内，然后在底座顶部密封槽放上密封圈，盖好上盖板，上盖板与电池测试底座边缘对齐；使用螺栓及螺母，穿入上盖板与底座通孔，拧紧螺栓保证上盖板与电池测试底座密封良好；将上盖板上的真空泄压阀关闭，静置6至24小时保证电解液充分浸润被测电芯；将实验型锂离子电池的封装主体转移至正常气氛下，连接上盖板上的真空止回阀与真空泵，开启真空泵对电池内抽真空，至相对真空度在-95kpa以下，断开管路；至此，完成实验型锂离子电池封装主体的制备，进行电池测试和测试数据整理，电池测试完成后，无损拆开被测电芯与电池测试底座，电池测试底座经清洗烘干实现重复使用。
