[实用新型]一种用于现场X-射线衍射分析的锂离子电池电化学测试盒

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池体系测试装置，具体是涉及能够实现现场X射线分析电极微结构变化的全密封结构的锂离子电池模拟电池的电化学测试盒。

背景技术

近年来，随着地球资源的衰竭以及社会环保意识的增强，绿色清洁能源已成为储能与能量转化领域的重要方向。化学电源作为基本的能量储备与转化装置已成为生产与生活中必不可少的一部分，尤其在便携式电子设备高速发展的今天，对可充电绿色化学电源的需求越来越多。较传统的镍镉、铅酸等二次电池来说，锂离子电池具有其高能量密度、长寿命以及对环境无污染等特性，目前已被广泛用作便携式电子设备的动力电源。为了满足电子设备的进一步轻量小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求，开发与研究新的锂离子电池电极材料体系已无可避免地成为锂离子电池研究领域的热点。深入研究新型电极材料的电化学特征，解构电极过程的本质无疑已成为开发新材料一个必不可少的环节。电极材料在充放电过程中的结构转变特征是影响电化学性能的关键因素，如何有效而又准确对结构变化进行表征是电极材料研究过程中的难题。

X-射线衍射X-Ray Diffraction是研究材料的晶体结构、相组成等常用的分析测试手段。在电极材料的研究中，X-射线衍射是表征电极材料的组成，以及材料在不同脱嵌锂状态下的晶态结构变化的重要研究方法。但由于一般X-射线衍射仪本身并不带有电化学现场测试组件，而锂离子电池必须在无水、无氧的环境中才能正常工作。不同脱嵌锂状态的材料的化学性质非常活泼，且其电极的电化学脱嵌锂产物在大气环境中的结构稳定性不佳。这均为电化学过程中的材料结构表征、晶态转变等信息收集带来了困难。因此，一般地，对于这类测试，许多研究人员不得不采取间歇停止电化学测试，单独取出电极材料进行非现场测试的方法来进行结构表征。此外，这种非现场方法必须采用多个样品多次测试，分别收集结构变化的信息，这显然会造成一定偏差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够实现现场X-射线衍射分析电极微结构变化的一种全密封结构的锂离子电池电化学测试盒。这是一种模拟电池的电池盒。该电化学测试盒为全密封结构，实验电池反应区域发生在密封的腔体内，通过金属导体与外电路相连，以进行电化学反应。该电化学测试盒开有X射线入射窗口，通过该窗口，能够实现模拟电池在电化学反应过程中进行X射线衍射现场分析，从而揭示电化学反应过程中结构转变的本质特征，为深入研究电极材料、揭示电化学过程本质提供科学测试的途径，更为研究和开发新型材料提供简单有效的辅助方法。

本实用新型的技术方案是：一种用于现场X-射线衍射分析的锂离子电池电化学测试盒，该测试盒主要包括工作腔盖板和测试盒主体，工作腔盖板由螺丝与盒体实现封装，工作腔盖板上开有一个与X射线衍射入射光束面积相当的X射线视窗，测试盒主体内部设有一端开口的工作腔，与X射线衍射入射光束的面积相当；在测试盒主体的底端置入垫片，测试盒主体底部开有供电极极柱插入的贯通孔道，孔道中部置入密封圈，使工作腔与电极极柱之间接触紧密，实现紧封装，电极极柱上部设有极柱托，极柱托与盒体之间由铆合螺钉铆合，电极极柱通过外压的作用上下移动，推动垫片在一定的空间范围内上下移动，工作腔盖板与外电路通过导电夹具相连。测试盒主体为聚四氟乙烯材料，电极极柱和垫片为不锈钢材质。

本实用新型的有益效果是：操作十分简单，成本低，不仅可以当作普通的模拟电池测试盒，也可以用作电化学测试过程中的X射线衍射现场分析。盒体内部电化学反应区域的空腔具有灵活可调节性，适用于各种不同厚度的极片进行电化学测试与现场X射线衍射分析。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

图1为本实用新型的剖面装配示意图。

图2为本实用新型的整体结构透视示意图。

图中：1、工作腔盖板，2、测试盒主体，3、螺钉，4、密封圈，5、极柱托，6、铆合螺钉，7、电极极柱，8、垫片。

具体实施方式

本实用新型主要包括工作腔盖板1和测试盒主体2，，工作腔盖板1由四个螺丝3与盒体实现封装，工作腔盖板1上开有一个与X射线衍射入射光束面积相当的X射线视窗，以保证X射线的能量能够最大限度地照射到需要测试的电极平面上。由于盒体的组件需要尽可能的简单且实用，该盖片采用不锈钢材质，通过与所测极片的紧密接触达到集流的目的。因此，该盖片的另一个作用是工作电极的集流体，与外电路通过导电夹具即可相连。测试盒主体2为长方体结构，内部设有一端开口的工作腔，与X射线衍射入射光束的面积相当；在测试盒主体2的底端置入垫片8，垫片8起着集流体的作用，此外也作为调节空腔腔容积的支撑垫片。电化学测试时，工作极片、隔膜、对电极极片依次层叠于垫片8上，并且腔体内部充满电解液。测试盒主体2底部开有供电极极柱7插入的贯通孔道，孔道中部置入密封圈4，使工作腔2与电极极柱7之间接触紧密，实现紧封装，为了加工的便捷，电极极柱7上部设有极柱托5以固定极柱的空间位置。极柱托5与盒体之间由铆合螺钉6铆合，电极极柱7可通过外压的作用上下移动，推动垫片8在一定的空间范围内上下移动，以达到模拟电池各组件之间的紧装配，从而使电化学反应顺利进行。测试盒主体2为聚四氟乙烯材料，电极极柱7和垫片8为不锈钢材质。