CN207541001U - 一种锂空气电池原位x射线衍射测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，包括可拆卸连接的阳极和阴极，阳极包括阳极主板，阴极包括阴极主板，阳极主板上开设有中心孔，中心孔上设有带通气孔的铍窗；还包括密闭罩、气路和压力加载系统，密闭罩位于阳极主板上，并罩住铍窗；气路为两个，均设在阳极主板上，气路与密闭罩连通，并设有针阀；压力加载系统设置在中心孔内，压力加载系统上端上设有锂片、隔膜和待测样品；铍窗、中心孔、待测样品、锂片、隔膜及压力加载系统均同轴设置，本实用新型的优点在于，锂空气电池电极材料在保护气的保护下，在正常充放电时直接在X射线衍射仪上进行物相鉴别，避免电极材料与空气中的介质接触的同时实现充放电的实时检测。

Description

一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置

技术领域

本实用新型属于材料表征技术领域，具体涉及一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置。

背景技术

可持续能源的发展是当今人类密切关注和迫切需要解决的问题，而伴随着经济的发展带来的是更高的市场需求，从而掀起了研究高能量密度电池体系的热潮。锂电池的能量密度和容量均较高，而在锂电池体系中，锂空气电池由于器理论能量密度高而成为研究的热点。尽管锂空气电池具有高的能量密度，但其面对诸多的问题，例如，在不同的电解液、倍率、温度、催化剂、电极、气氛下，其放电产物和充电产物的种类、形貌、结构都可能存在差异，导致充放电反应路径有可能不对称。由于碳电极、催化剂也可能参与电极反应，导致具体体系的反应机理的确定存在较大的困难，这就需要结合多种原位与非原位的表征手段进行研究。

由于锂空气电池的电极材料本身与空气中的氧气、二氧化碳以及水蒸气等多种介质都能够发生反应，因而现有的研究手段都是建立在非原位的基础上进行的，即将锂空气电池中的电极材料充放电至一定电压，再将电极材料从电池中取出进行检测，这一过程将会使样品与空气接触，导致样品受到空气的污染而影响检测结果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：现有锂空气电池检测时，电极材料接触空气导致检测结果不准确。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，包括阳极和阴极，所述阳极包括阳极主板，所述阴极包括阴极主板，所述阳极主板与阴极主板可拆卸连接，所述阳极主板上开设有贯穿阳极主板的中心孔，所述中心孔上端设有铍窗，所述铍窗上设有通气孔；还包括密闭罩、气路和压力加载系统，所述密闭罩位于阳极主板上端面上，并罩住铍窗；所述气路设置在阳极主板上，气路有两个，两个气路均与密闭罩连通，气路远离密闭罩的端部均设有针阀；所述压力加载系统设置在中心孔内，包括垫片和弹簧，所述垫片下端面设有凸台，所述凸台下端面距阴极主板一定距离，所述弹簧套设在凸台上，弹簧上端与垫片接触、下端与阴极主板接触；垫片上端面上依次设有锂片、隔膜和待测样品；所述铍窗、中心孔、待测样品、锂片、隔膜、垫片、凸台及弹簧均同轴设置。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述通气孔包括第一通气孔和第二通气孔，所述第一通气孔的中心位于铍窗的中心，所述第二通气孔为多个，多个第二通气孔均布在以第一通气孔中心为圆心的圆上。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述第一通气孔、第二通气孔的孔径均为1mm，第二通气孔中心到第一通气孔中心的距离为3mm。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述针阀包括同轴设置的气嘴、开关座和固定座，所述气嘴朝向气路的一端设有插杆，气嘴内设有气道，所述气道靠近插杆的侧壁上设有小孔；所述开关座套设在气嘴外侧壁上，并通过卡簧与气嘴连接；所述固定座一端与阳极主板连接、另一端与开关座螺纹连接，固定座上设有通孔，所述通孔与气路连通，所述插杆插入通孔，气嘴位于小孔背离固定座一侧的侧壁与固定座间设有第一密封圈，气嘴设有插杆的端部与固定座间设有第二密封圈。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述阴极主板上端面开设有与中心孔同轴的定位孔，所述凸台与定位孔相配适，凸台下端伸入定位孔内，并距定位孔内底壁一定距离。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，还包括第一绝缘套筒，所述第一绝缘套筒设置在弹簧与中心孔孔壁之间，第一绝缘套筒的外径与中心孔内径相当。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述阴极主板与阳极主板通过螺钉连接，所述螺钉位于阴极主板上的部分套设有第二绝缘套筒。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述密闭罩由金属铍制成。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述密闭罩由有机玻璃、不锈钢或铝合金制成，密闭罩对应于X射线光路上开设有透光孔，所述透光孔处设有开普敦膜。

优选地，本实用新型所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，所述阳极主板与阴极主板间、阳极主板与密闭罩间均设有第三密封圈。

本实用新型技术有益效果：

本实用新型技术方案使得锂空气电池电极材料在保护气的保护下，进行正常充放电时直接在X射线衍射仪上进行物相鉴别，有效地避免了电极材料与空气中的介质接触的同时实现充放电的实时检测，从而有效提高检测效率、获取材料本征结构变化的相关信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置的结构示意图，

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本实用新型实施例所述通气孔在铍窗上的分布示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。

参阅图1，本实用新型实施例提供了一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，包括阴极1、阳极2、密闭罩3、气路4和压力加载系统5。

所述阴极1包括阴极主板101，所述阳极2包括阳极主板201，所述阳极主板201与阴极主板101可拆卸连接，阳极主板201上开设有贯穿阳极主板201的中心孔202，所述中心孔202上端设有铍窗6，所述铍窗6上设有通气孔7；所述密闭罩3设置在阳极主板201上端面上，并罩住铍窗6；所述气路4为两个，气路4设置在阳极主板201上，并与密闭罩3连通，气路4远离密闭罩的端部均设有针阀8；所述压力加载系统5设置在中心孔202内，压力加载系统5包括垫片501和弹簧502，垫片501下端面上设有凸台503，所述凸台503距阴极主板201一定距离，所述弹簧502套设在凸台503上，弹簧502上端与垫片501接触，下端与阴极主板101接触；垫片501上端面上依次设有锂片9、隔膜10和待测样品11；所述铍窗6、中心孔202、待测样品11、隔膜10、锂片9、垫片501、凸台503及弹簧502均同轴设置；另外，为保证密封性，阳极主板201与阴极主板101之间、阳极主板201与密闭罩3之间均设有第三密封圈16。

本实施例提供的锂空气电池原位X射线衍射测试装置采用锂电池设计原理，通过气路4向测试装置通入保护气，使得待测样品11在保护气氛下充放电，于此同时，X射线光源17通过密闭罩3与铍窗6射向待测样品11，作用后再反射回到衍射仪探测器18处，即可进行原位检测。

铍窗6上设置通气孔7的目的在于使保护气穿过铍窗6，并与待测样品11接触，如图3所示，所述通气孔7包括第一通气孔701和第二通气孔702，该第一通气孔701的中心设置在铍窗6的中心处，第二通气孔702的中心均布在以第一通气孔701的中心为圆心的圆上。

所述第一通气孔701、第二通气孔702均为圆孔，其直径均为1mm，第二通气孔702中心到第一通气孔701中心的距离为3mm。当然，第一通气孔701、第二通气孔702也可以设置为其他形状。

所述针阀8包括同轴设置的气嘴801、开关座802和固定座803，所述气嘴801朝向气路4的端面上设有插杆8011，气嘴801内设有气道8012，所述气道8012靠近插杆8011的侧壁上设有小孔8013，所述开关座802套设在气嘴801外侧壁上，并通过卡簧804与气嘴801连接；所述固定座803一端与开关座802螺纹连接，另一端与阳极主板201连接，固定座803上设有通孔8031，该通孔8031与气路4连通，插杆8011插入通孔8031，气嘴801位于小孔8013背离固定座803一侧的侧壁与固定座803间设有第一密封圈805，气嘴801设有插杆8011的端部与固定座803间设有第二密封圈806；当转动开关座802使气嘴801远离固定座803时，第二密封圈806未被挤压变形，此时气道8012通过小孔8013与通孔8031连通，向测试装置内供气；当转动开关座802使气嘴801靠近固定座803时，第二密封圈806被挤压变形，并与固定座803间形成密封体现，实现气路4的关闭。该针阀8一方面可以保证气路4的正常进出气，或体系的密封，也可以根据用户需求随时关停进气或出气。

实际使用时，为方便快速地组装，并保证同轴度的要求，阴极主板101上端面开设有与中心孔202同轴的定位孔102，所述凸台503与定位孔102相配适，凸台503下端伸入定位孔102内，并距定位孔102内底壁一定距离。

阴极主板101与阳极主板201间通过螺钉13可拆卸连接，螺钉13位于阴极主板101内的部分上套设有第二绝缘套筒14，中心孔202内壁与弹簧502间设有第一绝缘套筒12，第一绝缘套筒12的外径与中心孔202内径相当；通过第一绝缘套筒12、第二绝缘套筒14的作用在于，将阴极1和阳极2连接时放置短路。

所述密闭罩3可以由多种材料制成，可直接使用金属铍，也可以采用其他材料，例如有机玻璃、不锈钢、铝合金等，采用此类材料制作时，需要在对应于X射线光路上开设透光孔(图中未示出)，所述透光孔处采用开普敦膜密封。

本实施例的具体使用方法如下：

组装测试装置，转动开关座802使气嘴801远离固定座803，连通气路4，控制测试装置内的气氛环境，将测试装置与电池测试系统连接，再将测试装置放在在X射线衍射仪上，由X射线光源发射X光，X光穿过密闭罩3及铍窗6与待测样品11作用，然后反射至X射线衍射仪探测器，采集待测样品的XRD数据即可。

在上述的检测过程中，可通过针阀8随时控制、调整检测装置内的气氛环境，通过压力加载系统5在一定范围内对体系的压力进行调节，压紧待测样品11，提高检测准确性。

本实用新型技术方案在上面结合附图对实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，包括阳极和阴极，所述阳极包括阳极主板，所述阴极包括阴极主板，所述阳极主板与阴极主板可拆卸连接，其特征在于，所述阳极主板上开设有贯穿阳极主板的中心孔，所述中心孔上端设有铍窗，所述铍窗上设有通气孔；还包括密闭罩、气路和压力加载系统，所述密闭罩位于阳极主板上端面上，并罩住铍窗；所述气路设置在阳极主板上，气路有两个，两个气路均与密闭罩连通，气路远离密闭罩的端部均设有针阀；所述压力加载系统设置在中心孔内，包括垫片和弹簧，所述垫片下端面设有凸台，所述凸台下端面距阴极主板一定距离，所述弹簧套设在凸台上，弹簧上端与垫片接触、下端与阴极主板接触；垫片上端面上依次设有锂片、隔膜和待测样品；所述铍窗、中心孔、待测样品、锂片、隔膜、垫片、凸台及弹簧均同轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述通气孔包括第一通气孔和第二通气孔，所述第一通气孔的中心位于铍窗的中心，所述第二通气孔为多个，多个第二通气孔均布在以第一通气孔中心为圆心的圆上。

3.根据权利要求2所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述第一通气孔、第二通气孔的孔径均为1mm，第二通气孔中心到第一通气孔中心的距离为3mm。

4.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述针阀包括同轴设置的气嘴、开关座和固定座，所述气嘴朝向气路的一端设有插杆，气嘴内设有气道，所述气道靠近插杆的侧壁上设有小孔；所述开关座套设在气嘴外侧壁上，并通过卡簧与气嘴连接；所述固定座一端与阳极主板连接、另一端与开关座螺纹连接，固定座上设有通孔，所述通孔与气路连通，所述插杆插入通孔，气嘴位于小孔背离固定座一侧的侧壁与固定座间设有第一密封，气嘴设有插杆的端部与固定座间设有第二密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述阴极主板上端面开设有与中心孔同轴的定位孔，所述凸台与定位孔相配适，凸台下端伸入定位孔内，并距定位孔内底壁一定距离。

6.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，还包括第一绝缘套筒，所述第一绝缘套筒设置在弹簧与中心孔孔壁之间，第一绝缘套筒的外径与中心孔内径相当。

7.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述阴极主板与阳极主板通过螺钉连接，所述螺钉位于阴极主板上的部分套设有第二绝缘套筒。

8.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述密闭罩由金属铍制成。

9.根据权利要求1所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述密闭罩由有机玻璃、不锈钢或铝合金制成，密闭罩对应于X射线光路上开设有透光孔，所述透光孔处设有开普敦膜。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种锂空气电池原位X射线衍射测试装置，其特征在于，所述阳极主板与阴极主板间、阳极主板与密闭罩间均设有第三密封圈。