CN110987978A - 一种原位观察电池极片和电解液的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种原位观察电池极片和电解液的装置。包括样品池、密封薄膜组件、电极固定件及电极组件，其中样品池的相对两侧设有窗口，两侧窗口均通过薄膜密封组件密封，样品池的顶部设有电极安装孔，电极组件通过电极固定件安装在电极安装孔内。电极组件包括电极托、电极及电池极片，其中电极托的一端插设有两个电极，另一端插设有两个电池极片，两个电池极片位于电极托内部的一端分别与两个电极连接，另一端容置于样品池内。本发明结构简单，操作方便，实现在对电池进行宏观测量的同时测量微观信息。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种原位观察电池极片和电解液的装置。
背景技术
锂电池作为新兴的高能二次电池，近年来被广泛应用在数码电子产品，电动汽车，无人机等领域。锂电池具有能量密度大、输出功率高、循环寿命长、续航长久、自放电损失小等优点，因此锂电池正在逐步替代传统铅酸电池、镍铬电池的应用领域。锂电池种类多样，包括锂离子电池、锂金属电池、锂固态电池等。目前，世界各国的企业、研究院所、学校都致力于锂电池技术研究。传统锂电池研究技术多采用宏观技术表征方法，如采用电流电压测量，阻抗测量等；在这些测量技术中，电池电解液与电极、电极与隔膜之间的微观相互作用并不能很好的体现出来，仅仅能获得一个宏观综合的结果。对电池微观并没有获得有效的具体信息。因此，急需一种对电池极片、电解液及其相互作用进行原位X射线测试、同步辐射测试及电解液原位红外信息、拉曼信息测试的装置，以实现在对电池进行宏观测量的同时测量微观信息。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种原位观察电池极片和电解液的装置，该装置可对电池极片、电解液及其相互作用进行原位X射线测试、同步辐射测试及电解液原位红外信息、拉曼信息测试。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种原位观察电池极片和电解液的装置，包括样品池、密封薄膜组件、电极固定件及电极组件，其中样品池的相对两侧设有窗口，两侧窗口均通过薄膜密封组件密封，所述样品池的顶部设有电极安装孔，所述电极组件通过电极固定件安装在所述电极安装孔内。
所述电极组件包括电极托、电极及电池极片，其中电极托的一端插设有两个电极，另一端插设有两个电池极片，两个电池极片位于所述电极托内部的一端分别与两个电极连接，另一端容置于所述样品池内。
所述两个电池极片平行设置。
所述电极固定件包括电极塞，所述电极塞套设于所述电极托的外侧，并且与所述电极安装孔螺纹连接。
所述电极安装孔为阶梯孔，所述电极塞与所述阶梯孔之间通过电极托密封圈密封。
所述密封薄膜组件包括密封盖和薄膜，所述薄膜设置于所述样品池的窗口上，并且通过密封盖密封固定，所述密封盖上设有中心开孔。
所述密封盖的内侧设有密封盖密封圈；所述样品池的窗口边缘处设有样品池密封圈。
所述样品池的上部设有通孔，所述通孔由外向内逐渐向下倾斜。
所述的原位观察电池极片和电解液的装置，还包括分别设置于所述样品池窗口两侧的探测源和探测器，所述探测源用于向所述样品池内发射电磁波，所述探测器用于接收负载所述电池极片及电解液信息的电磁波。
所述电极组件与电化学装置连接。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明适合多种基于电磁波的测试，如X射线测试、同步辐射测试、傅里叶红外测试、拉曼测试等，实现原位测试，不需要拆解电池。
2.本发明实现电化学测试和其他测试联用。
3.本发明可以测试电池整体信息，也可以测试电解液信息、电池极片信息及界面信息；通过旋转电极托角度，当电池极片平面平行于光路，可以只测试电解液、如测试红外信息、拉曼信息；当电池极片与光路垂直时，可对完整电池测试，如X射线测试、同步辐射测试；当电池极片与光路成小角度相交时，可以测量电池极片与电解液作用界面的信息当采用半电池组装时，即两侧电池极片相同，可以测量半电池相关信息。
4.本发明通过更换不同的薄膜材料，适用不同电池体系，同时也可满足不同测试需求。
附图说明
图1为本发明原位观察电池极片和电解液的装置的结构示意图；
图2为本发明原位观察电池极片和电解液的装置的爆炸图之一；
图3为本发明原位观察电池极片和电解液的装置的爆炸图之二；
图4为本发明中样品池的结构示意图之一；
图5为本发明中样品池的结构示意图之二；
图6为本发明中密封盖的结构示意图；
图7为本发明中电极塞的结构示意图；
图8为本发明中电极组件的结构示意图；
图9为本发明原位观察电池极片和电解液的装置的工作状态示意图；
图10为本发明中电池极片与光路平行设置的示意图；
图11为本发明中电池极片与光路垂直设置的示意图。
图中：1为样品池，101为样品池体，102为电极安装孔，103为通孔，104为窗口，105为沉孔，106为安装孔，107为环槽，2为密封盖，201为密封盖体，202为中心开孔，203为密封槽，204为连接孔，3为电极塞，301为驱动部，302为连接部；4为电极托，5为密封盖密封圈，6为样品池密封圈，7为电极托密封圈，8为固定螺丝，9为电极，10为电池极片，11为电化学装置，12为探测源，13为探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-5所示，本发明提供的一种原位观察电池极片和电解液的装置，包括样品池1、密封薄膜组件、电极固定件及电极组件，其中样品池1的相对两侧设有窗口104，两侧窗口104均通过薄膜密封组件密封，样品池1的顶部设有电极安装孔102，电极组件通过电极固定件安装在电极安装孔102内。
如图4-5所示，样品池1包括样品池体101，电极安装孔102设置于样品池体101的顶部，并且为阶梯孔结构。两个窗口104分别对称设置于样品池体101的两侧，窗口104的外侧端部设有沉孔105，沉孔105内嵌设有样品池密封圈6。样品池体101上设有环绕窗口104的多个安装孔106。
进一步地，样品池体101的上部两侧设有通孔103，通孔103由外向内逐渐向下倾斜，通孔103用于通入(引出)气体或添加电解液。通孔103可以连接外部管路，当不需要使用时，可以采用氟橡胶塞密封。
密封薄膜组件包括密封盖2和薄膜，薄膜设置于样品池1的窗口104上，并且通过密封盖2密封固定。
如图6所示，密封盖2包括密封盖体201，密封盖体201的中心设有中心开孔202，中心开孔202的内侧端部设有环形的密封槽203，密封槽203内设有密封盖密封圈5。
进一步地，密封盖体201上设有环绕中心开孔202的连接孔204，密封盖体201上的连接孔204与样品池体101上的安装孔106通过固定螺丝8连接，并且密封盖2和样品池1之间通过密封盖密封圈5和样品池密封圈6密封。
如图8所示，电极组件包括电极托4、电极9及电池极片10，其中电极托4的一端插设有两个电极9，另一端插设有两个电池极片10，两个电池极片10位于电极托4内部的一端分别与两个电极9连接，另一端容置于样品池1内。
进一步地，两个电池极片10平行设置。
如图7所示，电极固定件包括电极塞3，电极塞3包括连接部302及设置于连接部302端部的驱动部301，连接部302的外圆周上设有外螺纹。电极塞3套设于电极托4的外侧，并且通过连接部302与电极安装孔102螺纹连接。
进一步地，如图3所示，电极安装孔102内设有电极托密封圈7，电极塞3与电极安装孔102之间通过电极托密封圈7密封。
如图9所示，本发明的原位观察电池极片和电解液的装置，还包括电化学装置11、探测源12和探测器13，电化学装置11与两个电极9连接。探测源12和探测器13分别设置于样品池1的窗口104两侧，探测源12用于向样品池1内发射电磁波，如红外射线、X射线、同步辐射；电磁波有一侧窗口104进入样品池1内，并且由另一侧窗口104透射出去；探测器13用于接收负载电池极片10及电解液信息的电磁波。
本发明的实施例中，样品池1采用聚四氟或PEEk材料加工而成。薄膜采用PP膜、PE膜、PET膜、铝箔、铍片或聚酰亚胺膜。
本发明原位观察电池极片和电解液的装置的工作原理(以同步辐射测试为例)：
选用铝箔作为密封薄膜，裁剪适合的形状，将铝箔薄膜夹在样品池1和密封盖2之间，并拧紧固定螺丝8，以密封装置两侧；从样品池1顶部的电极安装孔102添加电解液，然后将带电极组件插入电极安装孔102内，旋紧电极塞3，实现样品池1的完全密封。将样品池1整体放入同步辐射光路中，电极9连接电化学装置11，在通入电信号的条件下测试同步辐射信息。
本发明的一实施例中，探测源12为X射线源，探测器13为X射线探测器，X射线源通过一侧窗口104向样品池1内发射X射线，X射线探测器接收由样品池1另一侧窗口104透射出的X射线信息。
本发明的另一实施例中，探测源12为同步光源，探测器13为同步光探测器，同步光源通过一侧窗口104向样品池1内发射同步光，同步光探测器接收由样品池1另一侧窗口104透射出的同步光信息。
本发明可以测试电池整体信息，也可以测试电解液信息、电池极片信息及界面信息；通过旋转电极塞3调整电极托4的角度；如图10所示，当电池极片10的平面平行于光路，可以只测试电解液，如测试红外信息、拉曼信息；如图11所示，当电池极片10与光路垂直时，可对完整电池测试，如X射线测试、同步辐射测试；当电池极片10与光路成小角度相交时，可以测量电池极片10与电解液作用界面的信息；当采用半电池组装时，即两侧电池极片10相同，可以测量半电池相关信息。
本发明对电池极片、电解液及其相互作用进行原位X射线测试、同步辐射测试及电解液原位红外信息、拉曼信息测试的装置，以实现在对电池进行宏观测量的同时测量微观信息。本发明结构简单，操作方便，实现在对电池进行宏观测量的同时测量微观信息。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，包括样品池(1)、密封薄膜组件、电极固定件及电极组件，其中样品池(1)的相对两侧设有窗口(104)，两侧窗口(104)均通过薄膜密封组件密封，所述样品池(1)的顶部设有电极安装孔(102)，所述电极组件通过电极固定件安装在所述电极安装孔(102)内。
2.根据权利要求1所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述电极组件包括电极托(4)、电极(9)及电池极片(10)，其中电极托(4)的一端插设有两个电极(9)，另一端插设有两个电池极片(10)，两个电池极片(10)位于所述电极托(4)内部的一端分别与两个电极(9)连接，另一端容置于所述样品池(1)内。
3.根据权利要求2所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述两个电池极片(10)平行设置。
4.根据权利要求2所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述电极固定件包括电极塞(3)，所述电极塞(3)套设于所述电极托(4)的外侧，并且与所述电极安装孔(102)螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述电极安装孔(102)为阶梯孔，所述电极塞(3)与所述阶梯孔之间通过电极托密封圈(7)密封。
6.根据权利要求1或2所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述密封薄膜组件包括密封盖(2)和薄膜，所述薄膜设置于所述样品池(1)的窗口(104)上，并且通过密封盖(2)密封固定，所述密封盖(2)上设有中心开孔(202)。
7.根据权利要求6所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述密封盖(2)的内侧设有密封盖密封圈(5)；所述样品池(1)的窗口(104)边缘处设有样品池密封圈(6)。
8.根据权利要求1或2所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述样品池(1)的上部设有通孔(103)，所述通孔(103)由外向内逐渐向下倾斜。
9.根据权利要求2所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，还包括分别设置于所述样品池(1)窗口(104)两侧的探测源(12)和探测器(13)，所述探测源(12)用于向所述样品池(1)内发射电磁波，所述探测器(13)用于接收负载所述电池极片(10)及电解液信息的电磁波。
10.根据权利要求1所述的原位观察电池极片和电解液的装置，其特征在于，所述电极组件与电化学装置连接。
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