[发明专利]储能材料成分与结构联合原位检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种储能材料成分与结构联合原位检测系统及方法，其中检测系统包括：原位样品池：用于容纳储能材料并引出与储能材料电连接的两引出电极；服役环境模拟单元：用于模拟原位样品池中储能材料的实际服役环境；检测单元：用于对原位样品池中储能材料的成分与结构进行检测；控制单元：用于控制检测单元和服役环境模拟单元的工作，并用于输出检测单元的检测结果。本发明能够在储能材料真实使用条件下进行实时原位检测，避免存在检测延时及储能材料工作环境变化问题，从而能够获取储能材料真实的物相结构变化信息，提高储能材料的研究效率，为新能源技术、高端装备与材料领域的相关技术研发提供强有力的支持。

技术领域

本发明属于储能材料成分与结构检测领域，特别涉及一种储能材料成分与结构联合原位检测系统及方法。

背景技术

随着新能源需求的增加，各种高功率密度、高能量密度储能器件快速发展，特别是各类电池以及超级电容器，已成为目前重要的储能装置。而储能体系的电极材料作为储能装置的核心部分，其研究日趋重要，人们迫切希望开发出能量密度高、循环寿命长、安全高效、环保低廉的新型材料以满足使用需求。以锂离子电池为例来说，其正极材料占据了40%的成本。正极材料的性能和价格直接决定了锂电池的性能和价格。目前主流的商业化锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）等。同时，负极材料也向新材料方向寻求突破，比如出现了用硅纳米线作为负极材料的锂电池。新型材料的追求，要求对材料的工作机理有进一步了解，也对材料成分、结构的检测提出了进一步的要求。

对于储能材料材料体系的研究，传统的检测方法是将材料体系制作成纽扣电池，利用电化学工作站对钮扣电池进行电化学性能测试，在测试过程的某个阶段或者电化学性能曲线发生突变的时候停止电化学性能测试，将纽扣电池破坏拆除，取出其中的储能材料，利用X射线衍射仪(XRD)或X射线荧光光谱仪（XRF）单独对储能材料晶体结构或成分进行检测，以进行相关的物相及结构检测分析。

可见，现有的检测方法需要破坏钮扣电池、取出电池的正负极材料，由于在取出材料的过程中存在时间的滞后性，同时破坏后储能材料所处的周边环境也发生了变化，因此检测时储能材料的物相及结构很可能又发生了别的变化，有可能已经不是之前那个阶段或者曲线发生突变的时候的真实情况，因而无法找出影响材料变化的细节因素，无法为储能器件在实际使用过程中出现的故障提供有效分析和解决方案，这对储能材料体系的研发及改进往往是很不利的。

举一个例子，某手机的电池，发生爆炸的原因是在电池使用过程中，产生了一个尖晶石相，这种物相具有比较尖锐的尖端，这个尖端刺破了封装电池的隔膜，引起电池短路而发生爆炸。利用现有的检测方法，当识别到尖端石相时，即拆开电池去做检测，以为检测时间相对尖端石相出现时刻有所延迟，同时储能材料所处环境有所变化，检测时电池中产生的尖晶石物相结构已经发生了变化，消失了，已经不是当时电池内部的真实情况了，因而在检测的时候就不会发现这个问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中不能在储能材料真实使用条件下进行实时原位检测的不足，提供一种储能材料成分与结构联合原位检测系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种储能材料成分与结构联合原位检测系统，其特点是包括：

原位样品池：用于容纳储能材料并引出与储能材料电连接的两引出电极；

服役环境模拟单元：用于模拟原位样品池中储能材料的实际服役环境；

检测单元：用于对原位样品池中储能材料的成分与结构进行检测；

控制单元：用于控制检测单元和服役环境模拟单元的工作，并用于输出检测单元的检测结果。

作为一种优选方式，所述原位样品池包括：

上盖；