[发明专利]一种原位光谱分析用电池及其使用方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种原位光谱分析用电池。

背景技术

随着现代工业对能源需求的不断提高，以锂离子电池、锂-硫电池、钠离子电池为代表的先进电化学储能器件，因其在能量密度和经济成本方面的显著优势，已成为数码电子、电动汽车、智能电网等领域内的关键核心技术。尽管这些电化学储能体系已在初步应用中展现出良好的前景，但对这些电池的电化学反应过程，目前研究仍处于起步阶段。为深入了解电池的电化学反应过程，解明电池的充放电反应机制，揭示影响电极过程的各类动力学和热力学因素，需要在电池充放电过程中对其进行原位分析。包括原位拉曼光谱、原位红外光谱、原位紫外-可见光谱、原位X射线衍射光谱及原位X射线光电子能谱等在内的各类原位光谱学分析方法，可实时表征电池充放电过程中电极材料的元素、结构及物相变化，避免静态和准静态测量对实验结果造成的偏差，并为电化学反应过程的研究提供可靠的理论与实验依据。然而，对电池的电化学反应过程开展原位光谱学研究，需要具有特殊结构的电池装置，而目前已有的专利技术大多存在装置结构复杂，造价昂贵等缺点，对其应用推广形成障碍。同时，现有专利技术大部分为针对某一特定种类光谱分析(比如X射线衍射光谱)时所用的原位电池装置，这些装置一般无法适用于其他类型的原位光谱分析检测，因而缺乏通用性。

中国专利(CN100373168C、CN102435625A、CN203434214U)中公开的电池装置尽管可以进行原位X射线衍射光谱的测量，但是电极部分未设置压紧装置，因此压密性存在缺陷，继而可能影响电极材料在充放电过程中与集流体表面的电接触，不利于电池的长期稳定循环。中国专利CN104393223A中公开了一种X射线衍射仪原位电池附件，可对锂离子电池进行原位X射线衍射光谱表征，为增强电池的密封性，该装置采用多个密封圈进行密封，但这也增加了装置结构和电池装配工艺的复杂性，不利于其实际应用。中国专利CN103399000A中公开了一种可用于拉曼光谱原位表征的电解池装置，其工作和参比电极均伸出电极装置外，从而使装置仅能与特定型号的拉曼光谱配合使用，同时组成部件过多，增加了结构和装配过程的复杂性。最后，上述电池装置均只能用于单一种类的光谱学检测分析，缺乏通用性。因此，发明一款结构与装配简单，成本低廉，密封性好的通用原位光谱分析用电池装置，具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉、密封性好且通用性强的原位光谱分析用电池，用于电池充放电过程中的各类原位光谱检测。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明原位光谱分析用电池，其特点在于：所述电池是在一壳体内安装有壳体内衬管，在所述壳体内衬管内安装有导电压紧结构，在壳体上安装有顶盖，所述壳体和所述顶盖之间通过密封套管密封；

在所述壳体和所述顶盖上分别固定有工作电极极柱和参比电极极柱；

在所述壳体底端开有一通孔，在所述通孔上、位于所述壳体的外侧覆盖有透明密封材料，所述通孔和所述透明密封材料形成观察窗口；所述通孔直径为0.5～5mm，并优选1～3mm；所述透明密封材料可选自超薄石英片、超薄刚玉片、超薄玻璃片、超薄铍片、ITO导电玻璃或聚酰亚胺薄膜；所述透明密封材料可以为任意形状，但优选正方形或圆形，其尺寸大小应足以覆盖通孔，其厚度为50～2000μm，并优选100～500μm。

所述导电压紧结构是由导电压片、导电弹簧及导电压柱依次套接构成。

本发明原位光谱分析用电池，其特点也在于：在所述导电压柱底部设有一圆柱形凹槽，在所述导电压片顶部设有一圆柱形凸台，所述圆柱形凸台的高度不大于所述圆柱形凹槽的深度；所述导电弹簧的长度大于所述圆柱形凹槽的深度，所述导电弹簧的外径小于所述圆柱形凹槽的内径，且内径大于所述圆柱形凸台的外径；以所述导电压片、导电弹簧及导电压柱依次套接构成所述导电压紧结构。

所述密封套管和所述壳体内衬管由绝缘材料制成；所述绝缘材料为高分子材料。所述高分子材料可选自聚四氟乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、聚甲醛、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚砜、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、聚苯硫醚、氯化聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚氨酯、聚对苯二酰对苯二胺中的一种或其组合物，并优选聚四氟乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯腈、聚酰亚胺中的一种或其组合物。