[发明专利]可对金属离子电池进行原位测试的装置

说明书

本发明专利公布了一种可对金属离子电池进行原位测试的装置，属于电池材料测试设备及研究领域，本装置可以对金属离子电池在电化学充放电过程中进行原位光学显微镜及共聚焦拉曼光谱测试，也可对充放电过程中所产生的气体及电解液的变化进行取样跟踪，同时可对金属离子电池的测试提供一个所需气体测试环境，通过正极固定片的设计来减小装置的电阻，提高了灵敏度及可重复性，本装置有利于最大限度的收集光学信号，为研究电极材料的性能提供信息，具有安装拆卸方便，适于在长期循环过程中的原位观测等优点。

技术领域

本发明涉及在电化学过程中对金属离子电池的电极材料进行原位光学和拉曼光谱测试用设备领域，特别是对于锂离子电池，也包括钠离子及钾离子等碱金属，碱土金属电池的电极材料进行原位光学和拉曼光谱测试。

背景技术

目前锂离子电池广泛应用于可移动便携式电子设备，随着新能源产业的发展及对绿色清洁能源的需求的日益增加，价格低廉，性能稳定，循环性能优异的可充放电电池技术，包括锂离子电池及其它高容量电池技术，已成为科产研的重中之重。如何提高电池的性能以达到人们对电池容量，电池寿命及电池造价的需求的亟待解决的问题。高容量高性能的可充放电电池技术的进步依赖于对新型金属离子电池(包括钠离子，镁离子及铝离子电池)及金属空气电池的研究。电极材料是可充放电电池的重要组成部分，对电极材料在电化学充放电过程中的物理结构，化学构成及应力进行系统全面的研究，对电极材料在充放电过程中的演变及老化机理进行探索，是进一步提高电池性能的前提。目前，对金属离子电池研究手段多是非原位，即不能对电极材料在充放电过程中的变化进行时时检测，而需要在充放电到一定阶段时将电池打开，对里面的电极材料进行研究，在测试过程中，电极材料与空气中的水份和氧气会继续进行反应，或通过自放电过程改变中间产物的物理化学性质，从而严重影响实验结果的真实性。对金属离子电池进行原位研究将提供更加准确的数据，而能对金属离子电池进行原位研究的相关装置的研发还处于初始阶段，如公布号为CN108344781 A的中国发明专利，公开了一种“电池测试装置”，该装置通过利用其上盖，底座及悬在底座中间的中心体为三个电极对其中的电极材料进行充放电研究。此类装置在测量时受环境和自身电阻的影响较大，同时该专利所提供的视窗的密封方式存在气体泄露的可能性，利用凸台和垫圈的方式使电极之间相互绝缘的方式只能适用于特定厚度的电极材料。所以，可以精确的通过三电极方法调控金属离子电池的充放电过程，可以系统控制电极材料之间的空间距离并在此基础上进行原位光学及拉曼光谱测试的装置仍然缺失。综上所述，对电池电极材料进行原位测试是研究如何进一步提高电池性能的有效研究手段，目前对金属离子电池的原位测试装置的研发刚刚开始，仍存在诸多问题，因此迫切需要一种可对金属离子电池的充放电过程进行精确控制，并能对电极材料进行具有高度重复性的性能测试，且装置的结构简单易于在手套箱内进行组装，装置气密性高、拆卸清洗维护方便的装置对金属离子电池进行原位光学测试和拉曼光谱测试。

发明内容