CN110412013B - 一种适于扣式电池原位光学测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公布了一种适于扣式电池原位光学测试装置，可将扣式电池放入其中后直接进行原位光学测试，具有气体通道和光学测试通孔，可对金属离子电池及金属空气电池在电化学充放电过程中进行原位光学(包括显微镜，共聚焦拉曼光谱，X射线衍射,同步辐射等)测试，该原位光学测试装置包括扣式电池固定台，易于将扣式电池的正负电极连接到外电路中，在原位光学测试中最大程度保持电池的原始测试环境，适于在长期循环过程中的原位观测，且安装拆卸方便易于维护清理，属于电池材料测试设备及研究领域。
Description
技术领域
本发明涉及在电化学过程中对可充放电电池的电极材料进行原位光学和拉曼光谱测试时所涉及的设备领域，特别针对于金属空气扣式电池，也包括金属离子扣式电池，进行充放电过程中的反射式原位光学(包括不同波段拉曼光谱，可见光，X射线衍射，同步辐射等)测试。
背景技术
目前随着可充放电电池技术研究的发展，各原位测试手段已成为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不可或缺的一部分。尤其是各种原位光学测试手段，(包括原位拉曼测试，原位X射线衍射测试，同步辐射测试)由于拉曼光谱仪、原位X射线衍射仪及同步辐射光源在高校及科研院所的普及，而受到广泛的应用。但目前对原位测试装置的研究开发远远落后于非原位实验的发展，唯数不多的国外商品化的原位测试装置都需要将正极、隔膜、负极按顺序放置在测试装置中，尤其是在对金属空气电池进行测试时，组装过程繁琐耗时，对操作人员技术要求高，经常由于人为的失误而导致试验失败，如造成短路，漏气等。本发明涉及一种适于扣式电池原位光学测试装置，可以将扣式电池放入原位测试装置中直接使用，由于大多数科研人员都可以对扣式电池进行准确无误的组装，所以在使用该原位测试装置时，无需额外的培训，本发明有利于减少由于人为因素而引起的实验结果的偏差(适合初学者及有经验的使用者)，简化原位实验时样品的组装步骤。由于电极材料及电解液都被位于电池壳内，使得原位测试装置便于清洗，节省时间，电池壳为一次性使用，减少了电解液对于原位测试装置的腐蚀的可能性。同时，由于扣式电池壳的使用，使得电极材料在原位测试的环境与普通电池的测试环境十分相似，有利于提高测试的准确性，更适用于长循环试验。综上所述，目前常用的对电池电极材料进行原位测试的装置对实验人员的操作技术要求高，且组装费时，经常由于人为的因素而造成实验偏差，因此迫切需要一种适用于金属空气电池，金属离子电池原位测试的辅助装置，使电池原位测试过程简单，省时，适合于不同经验层次的人员使用。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：构建一种可对扣式电池直接进行原位光学测试装置，其特征在于：在该装置中设有有扣式电池固定台，该固定台底部具有凹槽设计，可以将扣式电池直接放入其中，与扣式电池的一个电极相连，该固定台用于和外接电极相连，连入外电路中，同时，该固定台顶部开有通孔，可以允许光通过，上表面开有横向凹槽，可以允许气体通过，固定台整体放入原位测试装置中，用于固定电极材料及提供简便稳定的连接到外电路，密闭的原位光学测试装置为箱体结构，包括上下两部分，底座与上座，上座上开有视窗，便于进行光学信号的收集，视窗下依次放置视窗片及扣式电池固定台，底座具有电极连接柱，和扣式电池的另一电极相连，上座具有电极接口(上)与扣式电池固定台相连，底座具有另一电极接口(下)与电极连接柱相连，扣式电池的正负极通过电极接口(上)与电极接口(下)与外电路相连，可以通过电化学工作站对扣式电池的电流电压进行时时调控，上座两端具有气体通路，气体通过气体进口与气体出口进行气体交换。
上述的测试装置所涉及的扣式电池固定台的形状可以为长方形，正方形，及其它形状，以适用于不同的原位测试装置。
上述的测试装置所涉及的扣式电池固定台的通孔开口的形状和大小可根据实际需要调整，其目的是允许足够的气体流通和测试光的通过。
上述的测试装置所涉及的扣式电池固定台底部凹槽设计大小和深度可以根据不同的扣式电池的大小和测试需要进行调整，其目的是和扣式电池的正极及负极紧密接触，并起到固定扣式电池的作用。
上述的测试装置所涉及的扣式电池固定台的上表面开有的横向凹槽的大小和深度可以根据需要通过的气体流速进行调整，其目的是允许气体通过并与暴露于通孔内的电极材料进行物质交换。
上述的测试装置所涉及的扣式电池固定台的在不需要气体通过的情况下，上表面开有的横向凹槽可以省略，仅保留通孔，其目的是可以允许测试光的通过。
上述的测试装置所涉及的密闭的原位光学测试装置的底座与上座中的电极接口，其主体分别位于底座与上座中，为隐藏式设计，起到减少由于操作过程触碰两电极而造成短路的可能性。
上述的测试装置所涉及的密闭的原位光学测试装置，其外形状可以为长方体，可以为正方体，圆柱体及其它不规则形状。
上述的测试装置所涉及的密闭的原位光学测试的装置的视窗处通过视窗片与0-型密封圈将箱体密封。
上述的测试装置所涉及的密闭的原位光学测试装置的底座的电极连接柱的高度可以通过内置弹簧调控，适用于不同厚度的扣式电池。
本发明的有益效果是，通过扣式电池固定台的设计简化了原位测试装置的组装程序，并提供可进行长循环测试的条件；密封箱体的设计为金属空气扣式电池的原位光学测试提供一个可控的测试气氛，箱体容积小，使得箱体内易形成稳定的测试的氛围；视窗与被测试材料距离短，有利于最大限度的收集光学信号，提高灵敏度；测试装置中电极接口及扣式电池固定台与扣式电池之间均采用大面积面-面接触，有利于降低电阻，稳定电化学信号，提高测试结果的重复性，电极接口为隐藏式设计，极大减少由于操作过程不当而造成短路的可能性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进行进一步说明。
图1为本专利所涉及装置中扣式电池固定台示意图；
图2为本专利所涉及装置中扣式电池固定台和扣式电池相连接示意图；
图3为本专利所涉及装置外观的示意图；
图4为本专利所涉及装置下座的示意图；
图5为本专利所涉及装置上座的上视图；
图6为本专利所涉及装置上座的横截面图(图5所示A-A截面)；
图7为本专利所涉及装置做为离子电池测试装置专用时的示意图
图中001.扣式电池固定台,01.底部凹槽,02.通孔,03.横向凹槽,04.扣式电池,05.底座,06.上座,07.视窗，08.视窗片，09.电极连接柱，10.电极接口(上)，11.电极接口(下)，12.气体进口，13.气体出口，14.O-型密封圈。
具体实施方式
【实施例1】
本发明所涉及装置可以对金属空气电池进行原位光学测试。
如图1与图2所示，首先组装扣式电池，将被需要研究的电极材料放置于扣式电池开口的一面，将扣式电池与扣式电池固定台(001)组装到一起，放置于密闭的原位光学测试的装置箱体中(图3)。如图5与图6所示，组装时，依次放入O-型密封圈(14)，视窗片(08)和装有扣式电池的扣式电池固定台(001)。如图4所示，将电极连接柱(09)电极接口(下)(11)与底座(05)装到一起。通过螺钉将测试箱上下两部分固定。扣式电池的一个电极通过扣式电池固定台(001)与电极接口(上)(10)相连，扣式电池的另一个电极通过电极连接柱(09)与电极接口(下)(11)相连(图4)。电极接口(10，11)内部有圆柱形或六边柱形凹槽，用于和另配备的香蕉插头进行连接，香蕉插头和外置电化学工作站连接，用于精确控制电流和电压。将气体进口(12)及气体出口(13)的气体通道与扣式电池固定台(001)的横向凹槽(03)对齐，以便于气体的流通交换。测试装置的上座的顶部开有视窗(07)，扣式电池固定台顶部开有圆形通孔(02)，用于采集光学信号(图6)。使用时通过外接电化学工作站来控制电流/电压，通过气体进口(12)及气体出口(13)调控测试箱内气氛，并通过视窗对电极材料进行时时观测。
【实施例2】
本发明所涉及装置可以对金属离子电池进行原位光学测试。
如图7所示，去掉气体进口(12)和气体出口(13)后，该装置可以做为金属离子电池原位测试专用。安装方法如实施例1所述。
Claims (10)
1.一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征在于：该装置具有扣式电池固定台(001)，其底部具有凹槽(01)设计，凹槽设计大小和深度可以根据不同的扣式电池的大小和测试需要进行调整，可以将扣式电池直接放入其中，和扣式电池紧密接触，同时固定扣式电池，顶部开有通孔(02)，可以允许光通过，上表面开有横向凹槽(03)，可以允许气体通过，扣式电池固定台(001)及扣式电池(一端电极壳有开口)组装在一起，放置于密闭箱体内，箱体包括上下两部分，底座(05)和上座(06)构成，通过O-型密封圈进行密封，通过螺钉将测试箱上下两部分固定；上座(06)上开有视窗(07)，进行光学信号的收集，视窗下依次放置视窗片(08)及扣式电池固定台(001)，底座(05)具有电极连接柱(09)，其高度可以通过内置弹簧调控，适用于不同厚度的扣式电池，电极连接柱和扣式电池的另一电极相连，上座(06)具有电极接口(上)(10)与扣式电池固定台(001)相连，底座(05)具有另一电极接口(下)(11)与电极连接柱(09)相连，扣式电池的正负极通过电极接口(上)与电极接口(下)与外电路相连，可以通过电化学工作站对扣式电池的电流电压进行时时调控，上座(06)两端具有气体通路，气体通过气体进口(12)与气体出口(13)进行气体交换。
2.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：该装置中扣式电池固定台(001)的形状可以为长方形，正方形，及其它形状，以适用于不同的原位测试装置。
3.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：该装置中扣式电池固定台(001)的通孔(02)开口的形状和大小可根据实际需要调整。
4.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：该装置中扣式电池固定台(001)的底部凹槽(01)和扣式电池的正极仅正极紧密接触，并起到固定扣式电池的作用。
5.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：该装置中扣式电池固定台(001)的横向凹槽(03)的大小和深度可以根据需要通过的气体流速进行调整，其目的是允许气体通过并与暴露于通孔内的电极材料进行物质交换。
6.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：该装置中扣式电池固定台(001)在不需要气体通过的情况下，上表面开有的横向凹槽(03)可以省略，仅保留通孔(02)，其目的是可以允许测试光的通过。
7.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：底座与上座中的电极接口(10，11)，其主体分别位于底座与上座中，为隐藏式设计。
8.根据权利要求1和4所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：其密闭箱体的外形可以为长方体，可以为正方体，圆柱体及其它不规则形状。
9.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：视窗(07)处通过视窗片(08)与0-型密封圈(14)将箱体密封。
10.根据权利要求1所述的一种适于扣式电池原位光学测试装置，其特征是：底座(05)中电极连接柱(09)的高度可以通过内置弹簧调节，适用于不同厚度的扣式电池。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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