[实用新型]一种二次电池原位光谱测试反应池

说明书

本实用新型公开了一种二次电池原位光谱测试反应池，涉及材料表征技术领域，包括阳极上盖、阳极主体、阴极底座、压实导电装置、第一密封件、隔膜、锂片；阳极上盖上开设有第一通孔，阳极主体顶端开设有第一凹槽，第一凹槽内设有光学窗口，阳极主体底端开设有第二凹槽，阳极上盖、阳极主板、阴极底座自上而下依次可拆卸连接，并致使所述光学窗口、第二凹槽、第三凹槽之间形成密封腔体，压实导电装置包括金属凸台，金属凸台安装在所述密封腔体中，待测样品、所述隔膜、所述锂片依次被夹持在光学窗口与金属凸台顶部之间。本实用新型的有益效果在于：能够对二次电池充放电过程中对电极材料、电解液的结构变化进行拉曼、红外数据实时监测。

技术领域

本实用新型涉及材料表征技术领域，具体涉及一种二次电池原位光谱测试反应池。

背景技术

锂离子电池的电化学性质的稳定降低通常限制了便携式电子设备的性能，并且对诸如电动和混合动力电动车辆的运输应用提出了重大障碍。各种锂离子电池系统的退化机制已成为许多研究小组进行深入研究的主题。Arora等人讨论了导致锂离子电池容量衰减的主要有害现象：(i)过充电/过放电条件下的电解质分解，(ii)复合阴极中活性材料的溶解和/或相变，(iii)在电极上形成表面膜，和(iv)集电器腐蚀。几项实验和理论建模研究表明，阴极和阳极上固体电解质中间相(SEI)层的形成和发展是正极和负极阻抗增加的唯一原因。锂离子嵌入/脱嵌到阳极和阴极活性材料中与电子注入/移出电极活性材料/从电极活性材料中移除。在两个电极处观察到的阻抗增长与离子阻挡表面膜以及在电极内形成的电绝缘屏障相关联。因此，更好地理解锂离子电池中所有组分的相互作用不仅仅是进一步发展的必要条件；这是目前固态电化学面临的挑战之一。困难的部分是从工作电极原位提取相关信息，因为所有可能的表面膜的性质以及散装材料的性质在一定程度上改变，至少当电极暴露于湿气，氧气和/或CO₂。此外，当使用诸如X射线光电子光谱法或俄歇电子能谱法的分析方法时，表面膜不可避免地暴露于真空，导致挥发性组分的损失，膜的收缩，甚至可能导致化学变化、表面膜。因此，使用原位分析工具是有利的。界面现象在纳米或微尺度上发生并表现出来，只能通过合适的灵敏度和分辨率的技术进行检测和表征。高分辨的拉曼和红外显微镜图谱可以真实的显示出各类轻元素的分布和变化情况，诸如碳元素的分布和变化情况。事实上拉曼光谱的确是非常适合分析碳质材料的结构性质。如在正极中使用的电活性氧化物也可以使用拉曼光谱法轻松表征。不幸的是，电极表面不均匀；它们通常显示一种或两种类型的碳和/或氧化物，粘合剂，有时还显示添加剂。因此，必须实现对应于几微米的典型粒径的电极表面处的横向分辨率，以便能够单独地表征工作电极中的每个组件。

在锂离子电池中，负电极和正电极均由电子导电的多孔电解质浸渍复合材料制成，该复合材料含有能够容纳(插入，嵌入)可变量锂离子的电化学活性基质材料。通常，锂插入/去除电活性材料/从电活性材料中插入导致插入主体的晶格变化。这些涉及主晶格的对称性变化通常可以通过XRD方便地进行原位研究。但是，在涉及到电极材料表面的非晶态中间产物或是电解液中的产物时，XRD表征方法就无法进行有效的检测。同样的，当采用诸如电镜、X射线光电子能谱这一类的表征方法时，又因为存在着高真空条件而无法进行有效的模拟锂电池的真实环境。针对锂电池充放电过程中产生的非晶态物质(特别是含碳元素物质)、电解液中成分变化，拉曼、红外这一类的分子结构表征手段将会起到更大的作用。为了弥补这一领域内的缺陷，设计开发一款既能够做拉曼/红外表征、又能够模拟电池充放电的原位光谱测试反应池将对更好的理解电池的充放电机理起到重要的作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题在于如何实现在二次电池充放电过程中对电极材料表面的非晶态中间产物或是电解液中的产物进行监测。

本实用新型是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本实用新型提供一种二次电池原位光谱测试反应池，包括阳极上盖、阳极主体、阴极底座、压实导电装置、第一密封件、隔膜、锂片；