[发明专利]原位光力学测量的立式电化学电池装置

说明书

本发明涉及一种原位光力学测量的立式电化学电池装置。包括电池上盖、电池下盖、石英光学窗口、固定电极内衬套、电极部分和导电连接部分，其特征是：电极部分由研究电极、隔膜和对电极三部分组成，并且电极横截面与石英窗口平行排布；对电极压片固定在固定电极内衬套的开口槽处；电极部分设置在对电极压片和研究电极压片之间，且对电极在对电极压片一侧，研究电极在研究电极压片一侧。本发明通过电极压片放置方式，可实现对极片横截面的观测，实现对于锂离子的扩散进程以及集流体与基底的界面状况的原位监测，且可移动的电极压片能满足不同测试所需的基底和约束条件。

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及光力学-电化学和光-电化学等多学科交叉测量领域。特别涉及一种原位光力学测量的立式电化学电池装置。

背景技术

锂离子电池以其比能量大、循环寿命长、环境污染小等优点，已成为电子通讯设备、电子产品等的理想化学电源。在锂离子电池工作中，电极材料充放电过程中由于锂的嵌入和脱出会引发“体积效应”，最终导致电极的活性材料自身粉化、脱落、电极结构损伤，进而影响电池的循环寿命。目前大部分电化学学者致力于研究电极材料的结构变化和改善电池的循环寿命，一些光-力学方面的研究人员开始致力于电极材料的原位变形研究以掌握其化学和力学衰退机理，并取得了很有价值的研究成果。如V.A.Sethuraman[1-3]团队取得了突破性进展。他们在带有光学窗口的模拟电池装置上实现了微梁变形的原位光测实验，由弯曲变形推算了嵌锂/脱锂过程中硅薄膜的电极应力演化与弹塑性变形。在目前电池构型下，仅能对微小变形进行测量，而在电化学嵌锂/脱锂循环过程中，活性层与集流体的界面及活性物质脱落状态、锂离子沿着厚度方向的扩散状态以及大变形的测量同样重要。

目前已有的带有石英光学窗口的模拟电池已基本能实现不同光学以及光谱学的在线原位测量，然而针对变形的测量属于小变形测量，对于光路的要求极高，其使用的模拟电池电极表面与透光窗口平行，只能观测到极片的表面信息；对于锂离子电池电极材料在充放电进程中，对于大变形的测量、沿厚度方向的扩散、集流体与活性层的界面情况的原位观测都很重要，然而实现上述观测对于电极结构有特殊的要求，都需要极片横截面与透光窗口平行，因此急需一种立式电化学电池，其横截面与窗口平行来达到上述测量目的。

参考文献：

[1]Sethuraman VA,Nguyen A,Chon MJ,Nadimpalli SPV,Wang H,Abraham DP,etal.Stress Evolution in Composite Silicon Electrodes during Lithiation/Delithiation.Journal of the Electrochemical Society.2013；160(4):A739-A46.

[2]Nadimpalli SPV,Sethuraman VA,Bucci G,Srinivasan V,Bower AF,GuduruPR.On Plastic Deformation and Fracture in Si Films during ElectrochemicalLithiation/Delithiation Cycling.Journal of the Electrochemical Society.2013；160(10):A1885-A93.

[3]Sethuraman VA,Van Winkle N,Abraham DP,Bower AF,Guduru PR.Real-timestress measurements in lithium-ion battery negative-electrodes.Journal ofPower Sources.2012；206:334-42.

发明内容

本发明的目的是提供一种用于现场光力学-电化学原位综合实验测试平台的立式电化学电池装置