[发明专利]用于原位X射线衍射测试的类软包电池装置及组装方法

说明书

本发明公开一种用于原位X射线衍射测试的类软包电池装置，包括类软包电池与外置夹具，类软包电池从一侧到另一侧依次包括具有敞口的铝塑膜、铍窗、正极集流体、活性材料、隔膜、负极材料、PI固定片、负极集流体与铝塑膜，铍窗固定在铝塑膜的敞口内侧作为衍射窗口和定位窗口，两侧的铝塑膜作为电池外壳起密封作用；外置夹具包括两块硬质板用来夹紧上述类软包电池，其中一块板中心处开口并对准衍射窗口以保证X射线可以透进电池内部及正常充放电的进行。本发明还涉及一种X射线衍射仪原位电池装置的组装方法。本发明能很好地辅助进行材料电化学测试和X射线衍射数据采集的需求。

技术领域

本发明公开一种用于原位X射线衍射测试的类软包电池装置及其组装方法，按国际专利分类表(IPC)划分属于原位X射线衍射(XRD)测试技术领域。

背景技术

锂离子二次电池由于其高能量密度，高输出电压，宽工作范围，小体积和无记忆效应的优势被广泛应用在数码产品、电动工具、电动汽车以及空间储能等领域。而锂离子电池中最为关键的技术之一是电极材料技术。为配合锂离子电池材料的开发与研究，更加深入的理解电极材料的结构性能和电化学性能等，解构电池反应过程中材料变化的本质已经成为开发新材料、设计新体系的一个必不可少的重要环节。其中，电极活性材料随着不同充电截至电压以及不同充放电循环次数所表现出来的晶体结构转变的特征是影响特定设计下锂离子电池寿命、稳定性的关键因素。

X射线衍射技术是研究晶体材料结构相变等的有效手段，通过在原位电池充放电的过程中在线观察材料的结构变化可以有效地检测材料的性能优劣。原位电池装置的设计合理性是X射线衍射测试的关键。结构设计主要面临电池密闭性不好和接触不好的问题，电池不能进行正常的充放电，不能真正达到研究材料本征结构变化的目的。相关的原位电池装置已有许多报道，通常是使用不锈钢模具等进行机械密封确保测试的稳定性，但其大规模的推广应用受到了自身价格昂贵，零部件繁多，使用复杂等缺点的限制。

中国文献CN 206557134 U公开一种铍窗原位XRD扣式电池，包括自下而上的正极壳、热塑胶、铍片、电极材料、网状或多孔集流体、隔膜、锂片和负极壳组成，正极壳上设有透X射线窗口，该方案采用正负极壳扣合密封，成本高。

有鉴于此，确有必要提供一种简单快捷的能够对锂离子电池在充放电过程中不同电压下以及循环不同次数过程中进行X射线衍射测试的原位电池。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于原位X射线衍射测试的类软包电池装置，可以在线检测电池在充放电过程中或是循环数圈后电极活性材料的结构变化，该类软包电池装置不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于原位X射线衍射测试的类软包电池装置，包括类软包电池与外置夹具，

类软包电池，其从一侧到另一侧依次包括具有敞口的铝塑膜、铍窗、正极集流体、活性材料、隔膜、负极材料、PI固定片、负极集流体与铝塑膜，铍窗固定在铝塑膜的敞口内侧作为衍射窗口和定位窗口，两侧的铝塑膜作为电池外壳起密封作用；

外置夹具，其包括两块硬质板用来夹紧上述类软包电池，其中一块板中心处开口并对准衍射窗口以保证X射线可以透进电池内部及正常充放电的进行。

进一步，铍窗是通过PI胶带沿圆周固定在铝塑膜的敞口内侧。

进一步，正、负极集流体分别为在测试电位区间内稳定的金属材料，如铝箔与铜箔，其中铝箔厚度小于10微米，进一步可以为打孔或网状金属箔。

进一步，隔膜的面积大于正、负集流体的面积，铝塑膜比正、负极集流体面积略大，以预留出产气的空间。

进一步，活性材料是钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种，负极材料为锂箔、硅材料或氧化亚硅材料中的一种。