CN107910582A - X射线衍射仪原位电池装置及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线衍射仪原位电池装置，包括电池本体，所述电池本体包含正极盖与负极盖，所述正极盖的内腔从上到下依次设置有电极片、隔膜、对电极、钢垫以及弹簧，所述弹簧外套设有用以定位弹簧与钢垫的四氟芯，所述四氟芯外套设有用以定位电极片、钢垫以及四氟芯的密封衬套，所述四氟芯、密封衬套均设置在正极盖的内腔中，所述电极片经隔膜与对电极相互隔开，所述正极盖经密封衬套与对电极、钢垫、弹簧相互隔开，所述正极盖与负极盖经绝缘连接套相互绝缘连接，所述正极盖与电极片导通，所述对电极经钢垫、弹簧与负极盖导通；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。

Description

X射线衍射仪原位电池装置及其组装方法

技术领域

本发明涉及一种X射线衍射仪原位电池装置及其组装方法。

背景技术

二次电池在众多储能技术中因其具有高输出电压、小体积、高能量密度、无记忆效应、宽工作温度范围等优点，被认为是最具发展潜力的电化学储能设备，被广泛地应用于各类移动装置中。电极材料的结构研究对于整个电池的性能提升是十分重要的。X射线衍射手段是电极材料结构研究不可缺少的重要手段。材料在充放电过程中的结构变化同材料的性能发挥有着直接的关系。如何在保证电池优异密闭性的同时对材料的结构进行实时监测是解决这一问题的关键点。借助原位电池装置，可以在电极材料充放电循环过程中对其物相和结构进行实时观察，进而避免了静态和准静态测试方式对本征结构的破坏和影响。

因这一附件装置的关键性，近年来国内外都已有一些这一类器件的专利申报。目前，国外的专利技术测试效果更好，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，国内的一些专利技术主要面临电池密闭性不好或接触不好的问题，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。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线衍射仪原位电池装置及其组装方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种X射线衍射仪原位电池装置，包括电池本体，所述电池本体包含正极盖与负极盖，所述正极盖的内腔从上到下依次设置有电极片、隔膜、对电极、钢垫以及弹簧，所述弹簧外套设有用以定位弹簧与钢垫的四氟芯，所述四氟芯外套设有用以定位电极片、钢垫以及四氟芯的密封衬套，所述四氟芯、密封衬套均设置在正极盖的内腔中，所述电极片经隔膜与对电极相互隔开，所述正极盖经密封衬套与对电极、钢垫、弹簧相互隔开，所述正极盖与负极盖经绝缘连接套相互绝缘连接，所述正极盖与电极片导通，所述对电极经钢垫、弹簧与负极盖导通。

优选的，所述电极片中的集流体贴合正极盖的上部敞口作为X射线窗口使用。

优选的，所述钢垫上开设有通气孔。

优选的，所述正极盖整体呈T字形管状，所述正极盖的上部为从周边向中心往下倾斜的中空圆环台面。

优选的，所述正极盖与密封衬套之间设置有第一密封圈，所述负极盖与密封衬套之间设置有第二密封圈，所述密封衬套上设置有用以安装第一密封圈的第一安装槽，所述密封衬套上设置有用以安装第二密封圈的第二安装槽。

优选的，所述正极盖的上部外侧套设有电池托，所述正极盖与电池托之间设置有隔绝两者的绝缘垫，所述电池托上设置有垂直固定孔与水平固定孔，紧定螺丝经过所述水平固定孔将正极盖、绝缘垫以及电池托连接在一起，连接螺丝经所述垂直固定孔将电池托与X射线衍射仪连接在一起。

优选的，所述绝缘垫的旁侧设置有容纳变形量的调节口。

优选的，所述绝缘连接套套设在正极盖的下部外侧，所述正极盖的下部外表面设置有外螺纹，所述绝缘连接套的内侧设置有用以与正极盖的外螺纹相配合的内螺纹；所述绝缘连接套与负极盖上均开设有螺纹连接孔，固定螺丝穿过所述绝缘连接套与负极盖上的螺纹连接孔将两者连接在一起。

优选的，所述正极盖上设置有正极连接螺纹孔，所述正极连接螺纹孔内螺纹连接有正极柱，所述正极柱上缠绕有正极导线，所述负极盖的凸部上缠绕有负极导线。

一种X射线衍射仪原位电池装置的组装方法，其特征在于，包括上述所述的X射线衍射仪原位电池装置，包含以下步骤：

S1：准备电极片、隔膜以及对电极；

S2：将正极盖、负极盖、绝缘连接套、钢垫、弹簧、四氟芯、密封衬套、第一密封圈以及第二密封圈清洗干净后充分干燥；

S3：将S1、S2中的所有零部件转移至手套箱内进行组装，在手套箱中，将正极盖倒置，将电极片放入正极盖的内腔中，将第一密封圈、第二密封圈固定于密封衬套的第一安装槽与第二安装槽后一同放入正极盖的内腔中，利用密封衬套将电极片压紧在正极盖上，往密封衬套的内腔放入隔膜，并滴加电解液浸润隔膜，再往密封衬套的内腔依次放入对电极、钢垫以及四氟芯，往四氟芯的内腔放入弹簧，弹簧与钢垫接触以导通对电极和负极盖，将绝缘连接套旋紧固定在正极盖上，将负极盖与绝缘连接套通过固定螺丝密封固定得到电池本体；

S4：从手套箱中取出组装好的电池本体，将组装好的电池本体同绝缘垫一同安装在电池托的内腔中，并用紧定螺丝与水平固定孔相配合将电池本体、绝缘垫与电池托固定在一起；

S5：将固定在一起的电池本体、绝缘垫与电池托嵌入X射线衍射仪，并用连接螺丝与垂直固定孔相配合将电池托与X射线衍射仪固定在一起；

S6：在正极盖上的正极连接螺纹孔中旋入正极柱，将正极导线缠绕在正极柱上，将负极导线缠绕在负极盖的凸部上，从而进行充放电及X射线衍射图谱采集。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构设计简单、合理，零部件精简，价格低廉，易于操作，密闭性优异，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，具有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的内部构造示意图。

图2为本发明实施例的外部构造示意图。

图3为本发明实施例正极盖的构造示意图。

图4为本发明实施例电极片、隔膜、对电极的构造示意图。

图5为本发明实施例负极盖的构造示意图。

图6为本发明实施例钢垫的构造示意图。

图7为本发明实施例四氟芯的构造示意图。

图8为本发明实施例密封衬套的构造示意图。

图9为本发明实施例绝缘连接套的构造示意图。

图10为本发明实施例绝缘垫的构造示意图。

图11为本发明实施例NaFe0.5Co0.5O2材料涂覆在铝箔上的原位X射线衍射实验数据及对应的充放电曲线。

图中：1-正极盖，2-负极盖，3-电极片，4-隔膜，5-对电极，6-钢垫，7-弹簧，8-四氟芯，9-密封衬套，10-绝缘连接套，11-上部敞口，12-通气孔，13-第一密封圈，14-第二密封圈，15-第一安装槽，16-第二安装槽，17-电池托，18-绝缘垫，19-垂直固定孔，20-水平固定孔，21-调节口，22-螺纹连接孔，23-正极连接螺纹孔，24-凸部。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~11所示，一种X射线衍射仪原位电池装置，包括电池本体，所述电池本体包含正极盖1与负极盖2，所述正极盖1的内腔从上到下依次设置有电极片3、隔膜4、对电极5、钢垫6以及弹簧7，所述弹簧7外套设有用以定位弹簧7与钢垫6的四氟芯8，所述四氟芯8外套设有用以定位电极片3、钢垫6以及四氟芯8的密封衬套9，所述四氟芯8、密封衬套9均设置在正极盖1的内腔中，所述电极片3经隔膜4与对电极5相互隔开，所述正极盖1经密封衬套9与对电极5、钢垫6、弹簧7相互隔开，所述正极盖1与负极盖2经绝缘连接套10相互绝缘连接，所述正极盖1与电极片3导通，所述对电极5经钢垫6、弹簧7与负极盖2导通。

在本发明实施例中，所述电极片3中的集流体贴合正极盖1的上部敞口11作为X射线窗口使用；将制备电极片3的活性材料与粘结剂、导电添加剂混合均匀制备成泥浆状，并均匀涂抹在集流体圆片的下表面上，涂覆均匀后将整个集流体圆片放置到烘箱中烘干。

在本发明实施例中，所述钢垫6整体呈T字形管状，所述钢垫6上开设有通气孔12，用以排尽内腔空气，使钢垫6完全压紧在X射线窗口、电极片3、隔膜4、对电极5上；所述电极片3由电极材料涂覆在集流体的下表面形成，所述隔膜4的上表面与电极片3的下表面接触，所述隔膜4的下表面与对电极5的上表面接触，所述对电极5的下表面与钢垫6的上表面接触，所述钢垫6的下表面与四氟芯8的上表面接触，所述钢垫6的下表面同时与弹簧7的上表面接触，所述弹簧7的下表面与负极盖2的上表面接触；所述四氟芯8为中空管状，所述钢垫6与密封衬套9对四氟芯8进行内外定位。

在本发明实施例中，所述正极盖1整体呈T字形管状，所述正极盖1的上部为从周边向中心往下倾斜的中空圆环台面。

在本发明实施例中，所述正极盖1与密封衬套9之间设置有第一密封圈13，所述负极盖2与密封衬套9之间设置有第二密封圈14，所述密封衬套9为中空管状，所述密封衬套9上设置有用以安装第一密封圈13的第一安装槽15，所述密封衬套9上设置有用以安装第二密封圈14的第二安装槽16；所述第一安装槽15设置在密封衬套9的上表面，所述第二安装槽16设置在密封衬套9的下表面，所述正极盖1与密封衬套9的第一密封圈13之间设置有电极片3，所述电极片3的下表面与第一密封圈13的上表面接触，所述负极盖2的上表面与第二密封圈14的下表面接触。

在本发明实施例中，所述正极盖1的上部外侧套设有电池托17，所述正极盖1与电池托17之间设置有隔绝两者的绝缘垫18，所述电池托17上设置有垂直固定孔19与水平固定孔20，紧定螺丝经过所述水平固定孔20将正极盖1、绝缘垫18以及电池托17连接在一起，连接螺丝经所述垂直固定孔19将电池托17与X射线衍射仪连接在一起；优选的，所述电池托17上设置有三个水平固定孔20，三个所述水平固定孔20分布在电池托17的圆盘的内切正方形四个角中的任意三个角上，所述电池托17上设置有一个垂直固定孔19，所述垂直固定孔19设置在电池托17的圆盘的内切正方形四个角中的剩余一个角上。

在本发明实施例中，所述绝缘垫18的旁侧设置有容纳变形量的调节口21。

在本发明实施例中，所述绝缘连接套10为中空管状，所述绝缘连接套10套设在正极盖1的下部外侧，所述正极盖1的下部外表面设置有外螺纹，所述绝缘连接套10的内侧设置有用以与正极盖1的外螺纹相配合的内螺纹；所述绝缘连接套10与负极盖2上均开设有螺纹连接孔22，固定螺丝穿过所述绝缘连接套10与负极盖2上的螺纹连接孔22将两者连接在一起；优选的，所述绝缘连接套10与负极盖2上均开设有四个螺纹连接孔22，所述负极盖2上开设的四个螺纹连接孔22处于负极盖2的圆盘的内切正方形的四个角上。

在本发明实施例中，所述正极盖1上设置有正极连接螺纹孔23，所述正极连接螺纹孔23内螺纹连接有正极柱，所述正极柱上缠绕有正极导线，所述负极盖2的凸部24上缠绕有负极导线。

在本发明实施例中，所述正极盖1、负极盖2、钢垫6以及弹簧7均为导电材质，如不锈钢等，所述绝缘连接套10、四氟芯8、密封衬套9、第一密封圈13、第二密封圈14以及绝缘垫18均为绝缘材质，如橡胶、塑料等。

在本发明实施例中，一种X射线衍射仪原位电池装置的组装方法，包括上述所述的X射线衍射仪原位电池装置，包含以下步骤：

S1：准备电极片3、隔膜4以及对电极5；

S2：将正极盖1、负极盖2、绝缘连接套10、钢垫6、弹簧7、四氟芯8、密封衬套9、第一密封圈13以及第二密封圈14清洗干净后充分干燥；

S3：将S1、S2中的所有零部件转移至手套箱内进行组装，在手套箱中，将正极盖1倒置，将电极片3依次放入正极盖1的内腔中，将第一密封圈13、第二密封圈14固定于密封衬套9的第一安装槽15与第二安装槽16后一同放入正极盖1的内腔中，利用密封衬套9将电极片3压紧在正极盖1上，往密封衬套9的内腔放入隔膜4，并滴加电解液浸润隔膜4，再往密封衬套9的内腔依次放入对电极5、钢垫6以及四氟芯8，往四氟芯8的内腔放入弹簧7，弹簧7与钢垫6接触以导通对电极5和负极盖2，将绝缘连接套10旋紧固定在正极盖1上，将负极盖2与绝缘连接套10通过固定螺丝密封固定得到电池本体；

S4：从手套箱中取出组装好的电池本体，将组装好的电池本体同绝缘垫18一同安装在电池托17的内腔中，并用紧定螺丝与水平固定孔20相配合将电池本体、绝缘垫18与电池托17固定在一起；

S5：将固定在一起的电池本体、绝缘垫18与电池托17嵌入X射线衍射仪，并用连接螺丝与垂直固定孔19相配合将电池托17与X射线衍射仪固定在一起；

S6：在正极盖1上的正极连接螺纹孔23中旋入正极柱，将正极导线缠绕在正极柱上，将负极导线缠绕在负极盖2的凸部24上，从而进行充放电及X射线衍射图谱采集。

在本发明实施例中，结合图11所示，NaFe0.5Co0.5O2材料涂覆在铝箔上组装的原位电池进行充放电并实时采集X射线衍射结果显示，这一装置密闭性优异，测试结果符合预期。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的X射线衍射仪原位电池装置及其组装方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：包括电池本体，所述电池本体包含正极盖与负极盖，所述正极盖的内腔从上到下依次设置有电极片、隔膜、对电极、钢垫以及弹簧，所述弹簧外套设有用以定位弹簧与钢垫的四氟芯，所述四氟芯外套设有用以定位电极片、钢垫以及四氟芯的密封衬套，所述四氟芯、密封衬套均设置在正极盖的内腔中，所述电极片经隔膜与对电极相互隔开，所述正极盖经密封衬套与对电极、钢垫、弹簧相互隔开，所述正极盖与负极盖经绝缘连接套相互绝缘连接，所述正极盖与电极片导通，所述对电极经钢垫、弹簧与负极盖导通。

2.根据权利要求1所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述电极片中的集流体贴合正极盖的上部敞口作为X射线窗口使用。

3.根据权利要求1所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述钢垫上开设有通气孔。

4.根据权利要求1所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述正极盖整体呈T字形管状，所述正极盖的上部为从周边向中心往下倾斜的中空圆环台面。

5.根据权利要求1所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述正极盖与密封衬套之间设置有第一密封圈，所述负极盖与密封衬套之间设置有第二密封圈，所述密封衬套上设置有用以安装第一密封圈的第一安装槽，所述密封衬套上设置有用以安装第二密封圈的第二安装槽。

6.根据权利要求5所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述正极盖的上部外侧套设有电池托，所述正极盖与电池托之间设置有隔绝两者的绝缘垫，所述电池托上设置有垂直固定孔与水平固定孔，紧定螺丝经过所述水平固定孔将正极盖、绝缘垫以及电池托连接在一起，连接螺丝经所述垂直固定孔将电池托与X射线衍射仪连接在一起。

7.根据权利要求6所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述绝缘垫的旁侧设置有容纳变形量的调节口。

8.根据权利要求6所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述绝缘连接套套设在正极盖的下部外侧，所述正极盖的下部外表面设置有外螺纹，所述绝缘连接套的内侧设置有用以与正极盖的外螺纹相配合的内螺纹；所述绝缘连接套与负极盖上均开设有螺纹连接孔，固定螺丝穿过所述绝缘连接套与负极盖上的螺纹连接孔将两者连接在一起。

9.根据权利要求8所述的X射线衍射仪原位电池装置，其特征在于：所述正极盖上设置有正极连接螺纹孔，所述正极连接螺纹孔内螺纹连接有正极柱，所述正极柱上缠绕有正极导线，所述负极盖的凸部上缠绕有负极导线。

10.一种X射线衍射仪原位电池装置的组装方法，其特征在于，包括如权利要求9所述的X射线衍射仪原位电池装置，包含以下步骤：

S1：准备电极片、隔膜以及对电极；

S2：将正极盖、负极盖、绝缘连接套、钢垫、弹簧、四氟芯、密封衬套、第一密封圈以及第二密封圈清洗干净后充分干燥；

S3：将S1、S2中的所有零部件转移至手套箱内进行组装，在手套箱中，将正极盖倒置，将电极片放入正极盖的内腔中，将第一密封圈、第二密封圈固定于密封衬套的第一安装槽与第二安装槽后一同放入正极盖的内腔中，利用密封衬套将电极片压紧在正极盖上，往密封衬套的内腔放入隔膜，并滴加电解液浸润隔膜，再往密封衬套的内腔依次放入对电极、钢垫以及四氟芯，往四氟芯的内腔放入弹簧，弹簧与钢垫接触以导通对电极和负极盖，将绝缘连接套旋紧固定在正极盖上，将负极盖与绝缘连接套通过固定螺丝密封固定得到电池本体；

S4：从手套箱中取出组装好的电池本体，将组装好的电池本体同绝缘垫一同安装在电池托的内腔中，并用紧定螺丝与水平固定孔相配合将电池本体、绝缘垫与电池托固定在一起；

S5：将固定在一起的电池本体、绝缘垫与电池托嵌入X射线衍射仪，并用连接螺丝与垂直固定孔相配合将电池托与X射线衍射仪固定在一起；

S6：在正极盖上的正极连接螺纹孔中旋入正极柱，将正极导线缠绕在正极柱上，将负极导线缠绕在负极盖的凸部上，从而进行充放电及X射线衍射图谱采集。