CN114035088B - 一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，涉及一种电池测试装置。正极旋转轴下端设置正极导电微电极，负极旋转轴上端固定聚四氟乙烯凹槽，负极旋转轴上端还设置负极导电微电极并配合伸入聚四氟乙烯凹槽内，上固定架和下固定架外形均为L形且二者之间通过聚四氟乙烯连接板连接固定后呈匚形排布，上固定架的横向支臂竖向贯通有上轴孔且设置正极转轴螺钉，用于正极旋转轴的插装与紧固定位，下固定架的横向支臂竖向贯通有下轴孔且设置负极转轴螺钉，用于负极旋转轴的插装与紧固定位，底座承托固定在固定架部分底部。结构简单，操作方便，可解决表征过程繁琐和误差大的问题，节省宝贵的时间成本，用于得到更真实和可靠的三维成像数据。

Description

一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置

技术领域

本发明涉及一种电池测试装置，尤其是一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，属于电池表征技术领域。

背景技术

随着传统化石能源的日益消耗，能源危机、环境、生态污染等问题逐渐受到人们的重视。锂离子电池作为绿色能源，具有高电压、高比能量、高输出功率、较小的自放电、广泛的应用工作场景、无记忆效应和易于回收等优点，被视为21世纪最具潜力的电化学储能材料之一，并且在各种可携带设备以及航天等领域的应用也越来越广泛。

现有电池还难以满足更长循环、更高比能的要求，仍需继续研究与开发高比量、高电压的材料，同时还需对电池失效机理进行更为深入的理解与探索，从而指引人们开发出具有更长寿命以及更安全的电池体系。

然而现有的表征技术大多是非原位或者准原位的，这难免会造成一些结果上的误差，得到的信息准确性也难以估量，无论是非原位或者准原位，都需要做出大量的平行实验、消耗更多的原材料，才能够得到更加准确的信息。特别是对于目前国内的同步辐射装置，不同样品地误差以及换样时间会大大增加时间成本，浪费宝贵的测试时间，且得到的信息也并非完全准确。此外，国内对于电池的三维成像原位检测装置尤为缺乏，因此，本发明公开了一种在同步辐射光源下，能够原位地进行三维数据采集地电池测试装置，用于对电池或者固态电池进行原位的三维成像测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，它结构简单，操作方便，可解决表征过程繁琐和误差大的问题，节省宝贵的时间成本，用于得到更真实和可靠的三维成像数据。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，包括电池模具部分、固定架部分以及支座部分，所述电池模具部分包括同轴对应的正极旋转轴及负极旋转轴，所述正极旋转轴下端同轴设置正极导电微电极，所述负极旋转轴上端同轴固定聚四氟乙烯凹槽，负极旋转轴上端还同轴设置负极导电微电极并配合伸入所述聚四氟乙烯凹槽内，所述正极导电微电极能够配合插入聚四氟乙烯凹槽上端，所述固定架部分包括上固定架、聚四氟乙烯连接板及下固定架，所述上固定架和所述下固定架外形均为L形且二者之间通过所述聚四氟乙烯连接板连接固定后呈匚形排布，上固定架的横向支臂中间位置竖向贯通有上轴孔且所述上轴孔设置有正极转轴螺钉，用于正极旋转轴的插装与紧固定位，下固定架的横向支臂中间位置竖向贯通有下轴孔且所述下轴孔设置有负极转轴螺钉，用于负极旋转轴的插装与紧固定位，所述支座部分包括底座，所述底座承托固定在固定架部分底部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于辅助尺寸在1mm以下的微电池进行原位施加不同压力、电流密度的纳米-微米尺度的的成像表征，方便对同一微电池样品的不同状态进行测试，一方面可以减少换样品带来的X光吸收度误差，另外一方面可以对同一个位置的信息进行原位的检测，得到的信息更加真实可靠，结构简单，操作方便，使用灵活性高，可以节省换样品的时间成本以及宝贵的同步辐射光源机时，通过电池充放电测试仪对微电池原位充电，方便测试微电池在不同荷电状态下的形貌变化，例如正极内部颗粒的体积、孔隙率变化，电解质内部的裂缝演变，负极一侧枝晶的生长规律，以及界面的演变规律，为开发高安全高比能的固态电池提供方便，便于360°的三维成像数据采集，是为数不多的对同步辐射光源下的微电池样品进行原位检测的简易装置，弥补国内原位同步辐射三维成像在电池领域应用的空白。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的侧视示意图；

图3是本发明的分解图，其中支座部分未表示；

图4是本发明的支座部分的轴测示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，包括电池模具部分、固定架部分以及支座部分。

所述电池模具部分结合图1所示，包括同轴对应的正极旋转轴3及负极旋转轴9，所述正极旋转轴3下端同轴设置正极导电微电极6，所述负极旋转轴9上端同轴固定聚四氟乙烯凹槽8，负极旋转轴9上端还同轴设置负极导电微电极并配合伸入所述聚四氟乙烯凹槽8内，所述正极导电微电极6能够配合插入聚四氟乙烯凹槽8上端，正极导电微电极6和负极导电微电极宜采用耐腐蚀的不锈钢材料，均为直径1mm以下的圆柱状，而聚四氟乙烯凹槽8为内径1mm以下的圆管状，并且为保证正极导电微电极6和负极导电微电极之间相对施加压力后，能够对填装在聚四氟乙烯凹槽8内的微电池材料进行压实，正极导电微电极6和负极导电微电极的总高度最好不小于聚四氟乙烯凹槽8的高度。

所述固定架部分结合图2所示，包括上固定架5、聚四氟乙烯连接板7及下固定架10，所述上固定架5和所述下固定架10外形均为L形且二者之间通过所述聚四氟乙烯连接板7连接固定后呈匚形排布，具体的，上固定架5和下固定架10的竖向支臂端部分别设有固定架连接孔25，聚四氟乙烯连接板7上下两端分别配合设置穿孔，之后将上固定架5的竖向支臂端部与聚四氟乙烯连接板7上端之间、下固定架10的竖向支臂端部与聚四氟乙烯连接板7下端之间分别通过固定架连接螺钉18与固定架连接螺母24进行固定。

电池模具部分与固定架部分的组装结合图3所示，上固定架5的横向支臂中间位置竖向贯通有上轴孔22且所述上轴孔22设置有正极转轴螺钉4，用于正极旋转轴3的插装与紧固定位，下固定架10的横向支臂中间位置竖向贯通有下轴孔23且所述下轴孔23设置有负极转轴螺钉13，用于负极旋转轴9的插装与紧固定位。

其中，聚四氟乙烯凹槽8和聚四氟乙烯连接板7的设置，一方面是为了防止短路，另一方面聚四氟乙烯材料为聚合物，C、O元素对于同步辐射光源的影响较小，可以较大程度上减少数据采集过程中对同步辐射光源吸收的影响，更准确的得到聚四氟乙烯凹槽8内部微电池的数据。

所述支座部分结合图4所示，包括底座15，所述底座15承托固定在固定架部分底部，具体的，底座15外形为L形且其顶部横向间隔固定有左夹板11和右夹板12，下固定架10固定在所述左夹板11和所述右夹板12之间，在底座15顶部设置一个与下固定架10等宽的凸起，所述凸起横向贯穿有底座孔21，左夹板11和右夹板12分别在两端开设夹板孔20，左夹板11和右夹板12后端通过夹板螺母14与夹板螺钉19固定在凸起两侧，而下固定架10横向贯穿有定位孔26，下固定架10也通过夹板螺母14与夹板螺钉19固定在左夹板11和右夹板12前端之间。

测试方法为：在聚四氟乙烯凹槽8内部填装微电池材料并通过压片机对正极旋转轴3及负极旋转轴9施加相对的压力，在聚四氟乙烯凹槽8内形成完整的微电池。以固态硫化物电池为例：先在聚四氟乙烯凹槽8内部加入少量锂金属，用压片机对正极旋转轴3及负极旋转轴9施加一定的压力，用正极导电微电极6匹配将之导入聚四氟乙烯凹槽8底部，使负极导电微电极侧的锂金属压实，然后将正极旋转轴3拔出擦拭干净，用同样的方法再依次将硫化物电解质粉末和备好的复合正极在聚四氟乙烯凹槽8内压实填平，此时聚四氟乙烯凹槽8内由下至上分别为锂金属负极-硫化物电解质-复合正极，这样就形成了一块完整的微电池，此操作在手套箱中完成。之后将已经装好微电池的负极旋转轴9插入到下固定架10的下轴孔23内并调整到合适位置，同样的将正极旋转轴3插入到上固定架5的上轴孔22内并调整到合适位置，拧紧正极转轴螺钉4对正极旋转轴3紧固定位，若需要对微电池施加压力可以通过压片机施加压力后，再拧紧负极转轴螺钉13对负极旋转轴9紧固定位，保持压力恒定。将本电池测试装置整体放在同步辐射光源对应的采集数据的位置，通过位置调整采集聚四氟乙烯凹槽8内微电池的数据，正极旋转轴3和负极旋转轴9可进行旋转，便于360°的三维成像数据采集。

同时，为了能够原位采集数据，本电池测试装置可以与电池充放电测试仪相连接，在正极旋转轴3上端同轴转动安装正极上底盘2，所述正极上底盘2连接正极导线1，在负极旋转轴9下端同轴转动安装负极下底盘16，所述负极下底盘16连接负极导线17，正极上底盘2、正极旋转轴3、负极旋转轴9和负极下底盘16宜采用可以导电的不锈钢材料，所述正极导线1与所述负极导线17之间连接有电池充放电测试仪，形成闭合通路以实现对微电池的原位充电，方便测试微电池在不同荷电状态下的形貌变化，例如正极内部颗粒的体积、孔隙率变化，电解质内部的裂缝演变，负极一侧枝晶的生长规律，以及界面的演变规律，为开发高安全高比能的固态电池提供方便。

本装置参考上海同步辐射中心13W1的成像参数进行设计，聚四氟乙烯凹槽8内径尺寸在1mm以下，以便于X射线能够穿透内部填装的整个微电池，获得真实可靠的CT数据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，其特征在于：包括电池模具部分、固定架部分以及支座部分，所述电池模具部分包括同轴对应的正极旋转轴(3)及负极旋转轴(9)，所述正极旋转轴(3)下端同轴设置正极导电微电极(6)，所述负极旋转轴(9)上端同轴固定聚四氟乙烯凹槽(8)，负极旋转轴(9)上端还同轴设置负极导电微电极并配合伸入所述聚四氟乙烯凹槽(8)内，所述正极导电微电极(6)能够配合插入聚四氟乙烯凹槽(8)上端，所述固定架部分包括上固定架(5)、聚四氟乙烯连接板(7)及下固定架(10)，所述上固定架(5)和所述下固定架(10)外形均为L形且二者之间通过所述聚四氟乙烯连接板(7)连接固定后呈匚形排布，上固定架(5)的横向支臂中间位置竖向贯通有上轴孔(22)且所述上轴孔(22)设置有正极转轴螺钉(4)，用于正极旋转轴(3)的插装与紧固定位，下固定架(10)的横向支臂中间位置竖向贯通有下轴孔(23)且所述下轴孔(23)设置有负极转轴螺钉(13)，用于负极旋转轴(9)的插装与紧固定位，所述支座部分包括底座(15)，所述底座(15)承托固定在固定架部分底部。

2.根据权利要求1所述的一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，其特征在于：所述正极旋转轴(3)上端同轴转动安装正极上底盘(2)，所述正极上底盘(2)连接正极导线(1)，所述负极旋转轴(9)下端同轴转动安装负极下底盘(16)，所述负极下底盘(16)连接负极导线(17)，所述正极导线(1)与所述负极导线(17)之间连接有电池充放电测试仪。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，其特征在于：所述底座(15)外形为L形且其顶部横向间隔固定有左夹板(11)和右夹板(12)，所述下固定架(10)固定在所述左夹板(11)和所述右夹板(12)之间。

4.根据权利要求1所述的一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，其特征在于：所述正极导电微电极(6)和负极导电微电极的总高度不小于聚四氟乙烯凹槽(8)的高度。

5.根据权利要求1所述的一种用于原位同步辐射成像的电池测试装置，其特征在于：所述正极导电微电极(6)和所述负极导电微电极均为直径1mm以下的圆柱状，所述聚四氟乙烯凹槽(8)为内径1mm以下的圆管状。

Images