[实用新型]电池原位X射线衍射充放电密封装置

说明书

本实用新型公开了一种电池原位X射线衍射充放电密封装置，包括壳体以及封装在壳体内腔中的正极片、隔膜、负极片和电解液，在所述壳体与正极片对应的区域设置有至少一个第一通孔，所述第一通孔的孔径大于或等于X射线的光斑直径。本实用新型实施例提供的电池原位X射线衍射充放电密封装置在应用于原位XRD测试时，不仅密封时间可长达60h，而且采集到的衍射信号清晰、强度高。

技术领域

本实用新型特别涉及一种电池原位X射线衍射充放电密封装置，属于锂电池技术领域。

背景技术

X射线衍射仪(X-ray diffractometer，简写为XRD)，是研究物质组成和晶体结构的基本工具，根据X射线粉末衍射谱能够得到物质的晶胞参数、空间群、宏观应力、物相组成和含量，晶粒尺寸位错类型和浓度等信息，因而广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。二维X射线衍射(XRD²)是一种新的技术，它不是简单使用二维探测器的衍射仪。除了2D探测器技术外，还包括2D图象处理、2D衍射花样的处理和解释。二维衍射的优势在于记录数据为平面范围内的全德拜环，信息量较大，采集数据是同时扫描、全谱动态显示，二维衍射仪的记录数据速度优于1D。

锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话、手提电脑等电子产品，日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。在研发高能量密度的锂离子电池材料过程中，X射线衍射是表征电极材料组成及不同脱嵌锂状态下结构变化情况的重要手段。但普通X射线衍射仪没有配备电化学原位附件，而锂电池电极材料的化学性质非常活泼，其电化学反应产物在大气中的稳定性也比较差。在非原位XRD测试过程中，必须间歇地中止电化学反应，将电池拆开取出电极材料进行测试。因此，这种测试要使用多个电池，而且电池在拆卸和转移过程中电极材料很容易发生形变或与空气和水发生反应，从而使电极材料的X射线衍射图谱信息丢失或改变，给电化学过程中电极材料的组成和结构变化的研究带来了极大的困难。动力型锂电池的特性与环境温度紧密相关，电池的容量在低温下迅速降低，在高温下迅速上升，高温下的容量变化速度小于低温。原位XRD测试技术能实时监测材料在不同环境下的结构变化情况，在材料合成和实践研究中有着其它手段无可比拟的应用优势，尤其适合于有相变过程的动态研究，而且基于普通XRD的理论研究、谱图分析技术也完全适用于原位XRD的谱图解析。从原位XRD谱图中获得的动态变化的丰富信息，已广泛应用在材料研究的各个领域。

主流的锂电池封装形式主要有三种，即圆形、方形和软包，不同的封装结构意味着不同的特性。方形电池的普及率在国内很高，但由于方形锂电池是根据产品的尺寸进行定制化生产，市场上有成千上万种型号，工艺很难统一，不利于标准化生产；软包电池安全性能好，不足之处是一致性较差，成本较高，容易发生漏液；圆型锂电池采用相当成熟的工艺，自动化程度高，产品传品质稳定，成本相对较低，在电动汽车行业已取得规模化生产。

开发原位XRD测试技术，实时监测锂离子电极材料在充电-放电循环过程中的材料结构变化情况，可以极大地提高数据的准确性，消除非原位测试过程中样品制备和转移等操作带来的不确定性，对于了解锂离子电极材料的电化学过程，研究与开发新的电极材料具有重大的理论价值。

纽扣电池是一种密封器件，现有技术中一种纽扣电池的密封结构如图1a所示，X射线需穿过密封材料外壁及集流体，密封材料对X射线信号的衰减会使衍射信号强度降低，测试电极材料电学性能时是将正极材料涂覆在铝箔集流体上，但铝箔是具有一定厚度(15～25μm)的致密材料，X射线很难穿透铝箔，自身会产生很强的衍射信号，在原位测试时无法获得电极材料衍射谱。

目前锂电池原位XRD测试装置还没有商业化，研究人员需要根据测试需求自行定制加工锂电池原位反应装置，加工费用昂贵、且加工周期较长；并且现有密封器件多采用有毒的金属铍作为密封材料，金属铍衍射信号较强会对电极材料产生一定的干扰；当强氧化物性的化合物涂在铍窗上时，金属铍易被氧化成多孔材料，导致密封性能变差。

实用新型内容