鋰離子電池的原位測試裝置及組裝支架的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型實施例涉及光學測試裝置，尤其涉及一種鋰離子電池的原位測試裝置及組裝支架。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池由于其環(huán)境友好、能量密度大、輸出電壓高等優(yōu)點近年來在筆記本電腦、手機等電子產品中有著廣泛的應用，近十年來，通過電化學測試結合X射線譜學(如X射線吸收譜)和結構表征技術(如X射線衍射)原位觀測鋰離子電池循環(huán)過程中元素價態(tài)及電極材料結構的變化過程，從循環(huán)機理研究出發(fā)尋找進一步提高鋰離子電池循環(huán)性能的方法，是目前該領域主要的研究方法之一。
[0003]目前，國際上存在數種可進行相關原位測試的測試裝置，如M.Morcrette等人提出的Swagelok構型裝置，其結構較為簡單，但由于裝置背面被電極占據，所以只能做反射式X射線衍射，測試時技術難度較大。同時，其采用的Be窗毒性較大，不利于人的健康。KevinJ.Rhodes等人采用的扣式電池構型從結構上非常接近實際的電池，但需要將電極材料用濺射的方法生長在Capton膜上，制備較為不便，也難以做到裝置的重復利用。Aniruddha Deb等人利用CF35法蘭作為基底設計了可用于X射線吸收譜的鋰電池原位測試裝置，其密封性良好可實現長時間工作，且采用了小窗口設計，壓力比較均勻。但該裝置體積過大，裝配結構較復雜。另一種常用的構型稱為coffee bag(咖啡包)模型，C.ViIIevieiIIe等人近年來將其進一步改進，解決了傳統(tǒng)裝置壓力不足所導致的極化過大的問題，是目前性能最好的裝置之一，但其不能重復利用，而且裝置較大，不能滿足在真空腔體內傳樣后進行譜學研究的需要。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的在于提供一種鋰離子電池的原位測試裝置及組裝支架，用于解決現有技術中存在的原位測試裝置不能同時兼顧X射線吸收譜和透射式X射線衍射實驗、不能兼顧可重復使用和安裝簡便的特點及因結構或者體積的原因不能滿足在真空腔體中傳樣的需要等問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種鋰離子電池的原位測試裝置，所述鋰離子電池的原位測試裝置包括:出光口封裝蓋、第一薄膜、電極片、隔膜、鋰片、鋰片支撐底座、內部加壓部件、電極連接板、第一密封圈、承載臺、電極引線、第二密封圈、第二薄膜和入光口封裝蓋；
[0006]所述承載臺的上表面由中心區(qū)域至外圍依次設有內層槽、外層槽及第一環(huán)形槽；所述承載臺的下表面設有第二環(huán)形槽;所述承載臺的側面設有連通所述內層槽的引線孔；
[0007]所述第一密封圈位于所述第一環(huán)形槽內；所述第二密封圈位于所述第二環(huán)形槽內；所述電極連接板、所述內部加壓部件、所述鋰片支撐底座及所述鋰片由下至上依次疊置于所述內層槽內；所述隔膜及所述電極片由下至上依次疊置于所述外層槽內，且所述電極片的正面與所述隔膜的上表面相接觸；
[0008]所述第一薄膜貼置于所述出光口封裝蓋的內表面，并與所述出光口封裝蓋一起固定于所述承載臺的上表面;所述第二薄膜貼置于所述入光口封裝蓋的內表面，并與所述入光口封裝蓋一起固定于所述承載臺的下表面；
[0009]所述電極引線一端與所述電極連接板電連接，另一端經由所述引線孔延伸至所述承載臺的外部。
[0010]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述承載臺為聚醚醚酮樹脂圓柱體，所述內層槽底部設有一以所述承載臺自身的幾何中心為中心的上下貫通的第一通孔。
[0011]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述出光口封裝蓋內設有一凹槽及第二通孔;所述凹槽的形狀為圓臺狀，所述圓臺狀凹槽的直徑自所述出光口封裝蓋的上表面向下逐漸減小;所述第二通孔自所述凹槽的底部延伸至所述出光口封裝蓋的下表面。
[0012]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述第一薄膜包括X射線窗口薄膜及集流體，所述集流體位于所述X射線窗口薄膜的表面;所述X射線窗口薄膜未設有所述集流體的一面貼置于所述出光口封裝蓋的內表面。
[0013]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述第一薄膜包括相連的圓形區(qū)域及矩形區(qū)域，且圓形區(qū)域的未閉合的圓周與矩形區(qū)域對應連接。
[0014]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述內部加壓部件為彈簧片，所述彈簧片的表面沿其周向呈波浪狀。
[0015]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述電極連接板的邊緣設有切邊，所述切邊與所述電極連接板的直徑相垂直。
[0016]作為本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置的一種優(yōu)選方案，所述出光口封裝蓋內設有第一螺紋通孔，所述入光口封裝蓋內設有第二螺紋通孔，所述承載臺內設有第三螺紋通孔，所述第三螺紋通孔分別與所述第一螺紋通孔及所述第二螺紋通孔相對應;所述出光口封裝蓋及所述入光口封裝蓋分別通過螺釘固定于所述承載臺上。
[0017]本實用新型還提供一種組裝支架，適于組裝上述任一方案中所述的鋰離子電池的原位測試裝置，所述組裝支架包括:加壓板、加壓錐及支架底座；
[0018]所述加壓板固定于所述加壓錐及所述支架底座的表面；
[0019]所述加壓錐與所述出光口封裝蓋配合連接；
[0020]所述支架底座內設有與所述承載臺對應的圓槽、與所述第一薄膜和所述電極引線對應的第一切槽及第二切槽。
[0021]作為本實用新型的組裝支架的一種優(yōu)選方案，所述加壓錐由上至下依次包括第一圓柱體、圓臺及第二圓柱體，所述圓臺的直徑自所述第一圓柱體至所述第二圓柱體逐漸減小，且所述圓臺的最大直徑與所述第一圓柱體的直徑相同，所述圓臺的最小直徑與所述第二圓柱體的直徑相同。
[0022]作為本實用新型的組裝支架的一種優(yōu)選方案，所述加壓板、所述加壓錐及所述支架底座內均設有第四螺紋通孔，所述加壓板通過螺釘固定于所述加壓錐及所述支架底座的表面。
[0023]本實用新型的一種鋰離子電池的原位測試裝置及組裝支架具有以下有益效果:
[0024]I)通過裝置的入光口和出光口實現透射式結構，且第一薄膜與第二薄膜具有X射線透過率好的優(yōu)點，可滿足用一個裝置實現透射式X射線衍射和透射式X射線吸收譜研究的需要，簡化了實驗過程；
[0025]2)采用X射線透過率很好的高分子膜作為窗口，兼顧了透射式X射線吸收譜的研究，做到用一個裝置進行兩種實驗，消除了不同樣品所造成的測量誤差；
[0026]3)在探測面采用圓錐面設計，通過計算獲得滿足X射線衍射所需探測面大小的最小孔徑，減少了電池組裝過程中的壓力不均勻性。同時增加了外部加壓裝置，采用內外同時加壓的方式來增加電池各層之間接觸，進一步消除了因封裝時壓力不均勻所導致的實驗誤差;
[0027]4)采用軟對軟密封圈密封方式，全程冷封裝，密封性好，不會對電池結構造成破壞，也最接近商業(yè)扣式電池的封裝過程；
[0028]5)主體直徑僅25mm，小于目前主流腔體傳樣管道的內徑38mm，完全滿足傳樣需要，可采用傳遞桿機構進行傳遞；
[0029]6)采用兩套定位系統(tǒng)進行定位:內部采用雙層槽的設計，既避免了電極片和鋰片的接觸短路，又起到了定位的作用；外部采取特殊設計的可拆卸組裝支架替代傳統(tǒng)的孔和插銷結構，利用裝置外框架定位從外部消除了封裝過程中的錯位現象，安裝過程簡單。安裝完成時，外部支架可拆除，保證了測試裝置的小體積；
[0030]7)采取高分子軟材料則難以避免因操作失誤等引起的彎折等損傷。本裝置采用具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、可加工性和電絕緣性的PEEK作為主體材料，避免了上述不利影響的同時簡化了器件結構；
[0031]8)本實用新型的鋰離子電池的原位測試裝置在試驗結束后可通過拆分、清洗、替換電極材料等步驟做到多次重復使用，不僅降低了成本，也增強了實驗的可重復性。
【附圖說明】
[0032]圖1顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置的爆炸示意圖。
[0033]圖2顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置的組裝示意圖。
[0034]圖3顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置中出光口封裝蓋的結構示意圖。
[0035]圖4至圖5顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置中承載臺的結構示意圖；其中，圖4為顯示所述承載臺上表面的結構示意圖，圖5為顯示所述承載臺下表面的結構示意圖。
[0036]圖6是60μπι鋰片的X射線透過率隨光子能量的變化圖；
[0037]圖7是50μπι聚酰亞胺膜的X射線透過率隨光子能量的變化圖；
[0038]圖8是0.2μπι鋁膜的X射線透過率隨光子能量的變化圖。
[0039]圖9顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置的工作狀態(tài)示意圖。
[0040]圖10顯示為本實用新型實施例二中提供的組裝支架的爆炸示意圖。
[0041]圖11顯示為本實用新型實施例一中提供的鋰離子電池的原位測試裝置與實施例二中提供組裝支架的組裝示意圖。
[0042]元件標號說明
[0043]I鋰離子電池的原位測試裝置
[0044