一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置

1.本实用新型涉及检测设备技术领域，具体的说是一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置。


背景技术：

2.近年来随着人们对高能量密度可充电二次电池的需求不断增加，以锂离子电池为主的新型储能设备在众多电子器件以及电动汽车等领域迅速发展，为了追求更高能量密度和循环寿命以及更安全的性能，使用行之有效的手段对电池进行测试与表征是必要的。
3.电极在参与电化学反应时的各个阶段具有不同的组织形貌和化学性质，这些变化里往往蕴藏着影响电池循环寿命和安全性能的关键因素。为了对电极实现全过程的观察与测试，各种原位电化学测试手段应用到了其中，包括实现原位显微成像、原位拉曼光谱、原位x射线衍射等。原位显微成像技术可以直接在光学显微镜下观察金属离子电池中电极侧面的枝晶生长状况，了解金属离子在电极片表面的扩散速度和电解液的分解情况，分析与电池电化学性能相关的关键问题，目前在科研中常用的原位光学装置一般仅限于形貌观察，难以在形貌观察的同时对电极的电化学性能进行实时表征，更难以对电化学过程中的气体产物实时分析，这种限制严重降低了科研效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，该用于锂离子电池的原位电化学测试装置可通过观察口在电化学反应的过程中原位观察电极材料表面状态，可用于对金属离子电池的电极材料表面枝晶生长进行原位观察，且可通过针头穿过硅胶垫片抽出电解液气泡中的气体进行检测，既可以在原位光学观察的过程中准确分析电极的电化学性能，又能够在测试过程中原位检测气体产物。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，包括底座、玻璃窗片、顶盖、气体收集件和两个连接件；所述底座上端设置有安装槽；所述安装槽内的底座上设置有测试槽，待测的电极材料和电解液放入测试槽内；所述玻璃窗片盖设于安装槽底部；所述顶盖中部开设有观察口，顶盖与安装槽螺纹连接且其底部紧密抵靠在玻璃窗片上；所述底座两侧分别设置有与测试槽连通的连接孔；所述连接件包括连接旋钮和导电金属棒；所述连接旋钮紧密套设于导电金属棒外部且其与连接孔螺纹连接；所述导电金属棒内端紧密抵靠在电极材料上，导电金属棒外端与电化学工作站连接；所述底座侧边设置有与测试槽连通的检气孔；所述气体收集件包括内管、硅胶垫片和外管；所述内管内端与检气孔螺纹连接，内管外端内沿设置有垫片槽；所述硅胶垫片放置于垫片槽内；所述外管内端与内管螺纹连接并将硅胶垫片压紧，通过气体收集针管穿过硅胶垫片收集测试槽内的气体。
7.进一步的，所述底座侧边设置有与测试槽连通的安装孔；所述安装孔内设置有参比电极；所述参比电极外部紧密套设有安装旋钮；所述安装旋钮与安装孔螺纹连接，通过旋
转安装旋钮将参比电极内端紧密抵靠在电极材料上。
8.进一步的，一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置还包括至少一个密封旋钮，密封旋钮分别与检气孔、安装孔螺纹连接，通过密封旋钮将检气孔或安装孔封住。
9.进一步的，所述玻璃窗片和顶盖间紧密夹设有密封圈，通过密封圈对玻璃窗片上端边沿进行密封。
10.进一步的，所述观察口侧边的顶盖上设置有旋转槽口，辅助工具嵌入旋转槽口对顶盖进行旋转。
11.采用上述技术方案后，本实用新型具有如下有益效果：
12.1、本实用新型一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，可通过观察口在电化学反应的过程中原位观察电极材料表面状态，可用于对金属离子电池的电极材料表面枝晶生长进行原位观察，且可通过针头穿过硅胶垫片抽出电解液气泡中的气体进行检测，既可以在原位光学观察的过程中准确分析电极的电化学性能，又能够在测试过程中原位检测气体产物。
13.2、本实用新型一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，将原位光学测试、三电极测试与气体检测集成在一个测试槽内，能够同时对电极的多种性质进行表征，更有利于发掘电极材料在参与反应时最真实的状态。
14.3、本实用新型一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，不仅节省了由于不同测试要更换不同装置消耗的时间，也具有操作简单，易于更换，密闭性好等优点。
附图说明
15.图1为本实用新型的爆炸图；
16.图2为本实用新型的立体结构示意图；
17.图3为本实用新型的未安装玻璃窗片和顶盖时的结构示意图；
18.图4为本实用新型的剖切结构示意图。
19.图中附图标记表示为：
20.1、底座；10、安装槽；11、测试槽；12、连接孔；13、检气孔；14、安装孔；2、玻璃窗片；3、顶盖；30、观察口；31、旋转槽口；4、气体收集件；40、内管；400、垫片槽；41、硅胶垫片；42、外管；5、连接件；50、连接旋钮；51、导电金属棒；6、参比电极；60、安装旋钮；7、密封圈；8、密封旋钮。
具体实施方式
21.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
22.请参阅图1至图4，一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置，包括底座1、玻璃窗片2、顶盖3、气体收集件4和两个连接件5；所述底座1上端设置有安装槽10；所述安装槽10内的底座1上设置有测试槽11，待测的电极材料和电解液放入测试槽11内；所述玻璃窗片2盖设于安装槽10底部；所述顶盖3中部开设有观察口30，顶盖3与安装槽10螺纹连接且其底部紧密抵靠在玻璃窗片2上；所述底座1两侧分别设置有与测试槽11连通的连接孔12；所述
连接件5包括连接旋钮50和导电金属棒51；所述连接旋钮50紧密套设于导电金属棒51外部且其与连接孔12螺纹连接；所述导电金属棒51内端紧密抵靠在电极材料上，导电金属棒51外端与电化学工作站连接；所述底座1侧边设置有与测试槽11连通的检气孔13；所述气体收集件4包括内管40、硅胶垫片41和外管42；所述内管40内端与检气孔13螺纹连接，内管40外端内沿设置有垫片槽400；所述硅胶垫片41放置于垫片槽400内；所述外管42内端与内管40螺纹连接并将硅胶垫片41压紧，通过针头穿过硅胶垫片41收集测试槽11内的气体。
23.如图1至图4所示，所述底座1侧边设置有与测试槽11连通的安装孔14；所述安装孔14内设置有参比电极6；所述参比电极6外部紧密套设有安装旋钮60；所述安装旋钮60与安装孔14螺纹连接，通过旋转安装旋钮60将参比电极6内端紧密抵靠在电极材料上。
24.如图1至图4所示，一种用于锂离子电池的原位电化学测试装置还包括至少一个密封旋钮8，密封旋钮8分别与检气孔13、安装孔14螺纹连接，通过密封旋钮8将检气孔13或安装孔14封住，气体收集件4拆除后可通过密封旋钮8将检气孔13封住，参比电极6和安装旋钮60拆除后可通过密封旋钮8将安装孔14封住，可根据实际测试需要，选择是否通过密封旋钮8将检气孔13或安装孔14封住，灵活性好。
25.如图1和图4所示，所述玻璃窗片2和顶盖3间紧密夹设有密封圈7，通过密封圈7对玻璃窗片2上端边沿进行密封。
26.如图1、图2和图4所示，所述观察口30侧边的顶盖3上设置有旋转槽口31，辅助工具嵌入旋转槽口31对顶盖3进行旋转。
27.本实用新型的工作原理如下：
28.使用前，将所有配件用乙醇和去离子水清洗干净，烘干后进行组装，若要保证测试气氛，则需要在充氩手套箱里装配，组装时先将电极材料进行裁剪，侧放在底座1中的测试槽11内，通过连接旋钮50和导电金属棒51向内旋紧时施加的压力固定。接着，将底座1的检气孔13和安装孔14旋紧密封，需要安装参比电极6时用安装旋钮60与安装孔14连接，当不要安装气体收集件4时可通过密封旋钮8将检气孔13封住，当不需要安装参比电极6时可通过密封旋钮8将安装孔14封住。然后，向测试槽11内注入电解液淹没电极材料，依次放入玻璃窗片2、密封圈7并旋紧顶盖3。测试时，将装配好的装置横向放置在光学显微镜下，两侧的导电金属棒51和参比电极6外接电化学工作站,以此达到在电化学反应的过程中原位观察电极表面状态的目的，可用于对金属离子电池的电极表面枝晶(如锂枝晶和锌枝晶)生长的原位观察。在电化学测试阶段观察到电极材料表面气泡逸出，这时可将微型针头刺穿硅胶垫片41深入装置内部将气体抽出并检测，针头拔出后硅胶垫片41依然能够较好的保持装置的密封性，可对电极材料在电化学过程中产生的微量气体抽出进行检测。
29.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。