[发明专利]一种多场耦合下电池原位扫描电子显微镜的测试装置

说明书

本发明涉及一种电池失效机理的原位测试，特别涉及一种多场耦合下电池原位扫描电子显微镜的测试装置，属于电池原位表征领域。装置用于对电池施加不同的温度，可以实现在不同温度下监测电池截面的变形信息，从而分析电池的失效机理。包括：宽温度原位电池测试系统、力学原位加载电池测试系统或宽温度原位电池测试系统和力学原位加载电池测试系统；本发明可以对电池施加不同的温度的同时还可以施加不同的外部力的作用，从而可以使电池的测试环境更接近实际的运行环境，以便更准确分析电池在不同环境中的失效机理，从而指导电池的商业化生产以及后续的研究。

技术领域

本发明涉及一种电池失效机理的原位测试，特别涉及一种多场耦合下电池原位扫描电子显微镜的测试装置，属于电池原位表征领域。

背景技术

随着化石能源的日益短缺，新型可再生能源的开发成为人们关注的热点。而二次电池作为一种清洁能源的载体，因其能量密度高、循环性能好、清洁环保等优点广泛应用于电子通讯、轨道交通、航空航天等各个领域，是发展潜力巨大的新一代无污染能源。然而，在一些极端环境(高低温，外力，冲击力)下，电池性能发生劣化，以及在电池运行过程出现体积膨胀和变形等现象，这些问题都严重阻碍了电池领域的发展。因此，实时监测电池结构的变化并对其状态进行评估是十分重要的。

目前，少数国内外学者用原位电子扫描电镜(Scan electron microscope,SEM)观察常温下锂电池硅碳负极和石墨负极的变形，实现室温环境下电池电极表面变化信息以及截面变形问题。但是缺乏电池实际运行环境(-40～60℃)的原位测量电池微结构演变及表征评价方法；还有一些国内学者用原位光学显微镜以及三维光学成像测试单体测试体积膨胀问题，但是缺乏原位力学加载模块。现有的原位电子显微镜技术只能在常温常压下监测电池运行的情况，缺乏对电池实际温度工作下的运行情况分析以及在不同力学加载电池运行失效情况的监测，目前的监测技术与电池的实际运行环境有很大差异，导致对电池的失效机理分析不准确。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在检测不准确的问题，提供一种多场耦合下电池原位扫描电子显微镜的测试装置。该装置能够实现在不同电化学场、温度场以及不同外力作用下电池微结构演变以及性能劣化的原位测试。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种多场耦合下电池原位扫描电镜的测试装置，用于对电池施加不同的温度，可以实现在不同温度下监测电池截面的变形信息，从而分析电池的失效机理。包括：温度模块底座、电池夹具、恒温装置、温度传感器垫层、铜散热板装置和绝热电木模块；

电池夹具用于固定被测电池；电池夹具、恒温装置和温度传感器垫层依次接触，并通过螺钉固定，得到固定后装置；将固定后装置置于两个铜散热板装置之间，并通过铜散热板装置固定；铜散热板装置固定在温度模块底座上；所述温度模块底座中心处开设凹槽，凹槽处放置绝热电木模块；铜散热板装置上开设盲孔，用于与扫描电子显微镜装置的法兰连接，以便扫描电子显微镜装置能够对被测电池进行时时检测；

所述温度模块底座为导电铝板；所述恒温装置为制冷片；

工作过程：用电池夹具夹住被测试电池，然后通过恒温装置(制冷片)对电池施加不同温度，并通过温度传感器垫层对电池周围的温度进行监控，恒温装置过程中需要铜散热板装置与扫描电子显微镜的腔体相连对其进行降温从而达到电池周围温度的恒定。将此装置放置到扫面电子显微镜的腔体内，对电池进行充放电测试，然后对电池充放电过程中的截面进行实时监测拍照。将扫面电子显微镜监测收集的图像用(数字图像相关法(DIC-Digital Image Correlation)进行分析处理，可以得到电池定量变形的信息。

一种多场耦合下电池原位扫描电镜的测试装置，用于对电池施加不同外载力，可以实现研究电池在不同外载力的作用下电池的失效机理。包括：力学模块底座、电池夹具顶块、导轨、伺服电机、滑动螺杆和力学传感器。