[發明專利]電化學光學聯用原位研究光譜池

有效

• 申請號: 201210527794.8
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103033474A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 劉晉;姚和華;袁長福;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N27/30;G01N21/25
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種光譜池，特別是涉及一種電化學與光學聯用的原位檢測電化學反應過程中電極固液界面分子行為的光譜池。

背景技術

鋰離子電池在首次及前幾次的充放電過程中，負極表面會形成一層鈍化膜，稱之為SEI膜。SEI膜可以讓鋰離子通過，卻不能讓電子通過，可以阻止溶劑分子在電極表面的進一步嵌入，從而對提高鋰離子電池的循環性能、倍率性能、可逆容量以及安全性能都有十分重要的作用。

由于SEI膜對鋰離子電池有非常重要的作用，已經越來越引起人們的關注。雖然人們已經對SEI膜進行了大量的研究，但大多數的研究都是非在線的，非在線的研究方法有如下缺點：

1.由于SEI膜組成與結構對環境的敏感性，不能準確反映電極反應過程中甚至是結束后SEI膜的原位狀態。

2.即使能反映SEI膜的最終組成，但不能反映電極過程中電極界面SEI膜的具體形成過程和動態演變機理。

3.無法獲得電極反應過程中溶液一側的界面微觀信息，如雙電層結構的變化規律和分子行為，及其與SEI膜形成和演變的相互關系。

4.無法解析電極界面微觀行為與電極過程動力學和熱力學宏觀參數的相互影響機制。

所以，在線研究鋰離子電池負極表面SEI膜的形成機理是當前SEI膜研究的熱點，只有采用在線研究的方法，才能深入解析電極在不同工作狀態下（如電極電位、電流密度、工作溫度、過充和過放等）電極反應中的微觀過程，明確地調控SEI膜、雙電層等界面結構，認識電池性能的宏觀差別的微觀機理，打破宏觀層面認識的局限性，為高效地提高電池性能提供新的理論指導。

中國科學院化學研究所提出一種原位薄層光譜電化學反應池，采用半圓柱形氟化鈣晶體作為窗片，可以適應多個入射光角度，同時通過螺紋對工作電極的調節，使得窗片與工作電極之間的距離減小到8微米左右，極大地減少了溶液對光譜信號的吸收，可以有效地對電化學體系進行原位的光譜表征(CN?102539328A)，但是這樣溶液仍會對光譜信號產生一定的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能避免溶液對光譜信號的吸收的電化學光學聯用原位研究光譜池。

為了解決上述技術問題，本發明提供的電化學光學聯用原位研究光譜池，包括池體、半圓柱形晶體透光窗片、樣品臺和參比電極，所述的半圓柱形晶體透光窗片的底平面鍍有一層厚度為納米級的活性物質薄膜作為工作電極，所述的樣品臺設于與所述的工作電極相對的所述的池體的底部，所述的參比電極通過導電膠固定在所述的樣品臺上與所述的工作電極相對設置。

所述的工作電極的材質采用ZnS、Si、SnS₂中的一種，既可以滿足鋰離子的脫嵌，又有利于光線的透過，避免溶液對光譜信號的吸收。

所述的工作電極的厚度為50納米～100納米。

所述的半圓柱形晶體透光窗片的材質采用SiO₂、CaF₂、Al₂O₃中的一種，電化學光學聯用原位研究過程中，既有利于光線的透過，又可以作為電化學反應中工作電極的集流體。

所述的樣品臺采用樣品臺緊固螺栓設于與所述的工作電極相對的所述的池體的底部。

所述的參比電極通過所述的樣品臺緊固螺栓引出有導線，所述的池體上設有導線引出口。

所述的樣品臺的高度可通過采用不同規格樣品臺的方法調節,以便調節電化學反應正負極片之間的距離。

上述的光譜池中，所述池體上有進液口與出液口，以便通過電解質的流動更新來維持電解質組分的穩定。

所述的樣品臺采用不銹鋼制成，參比電極可以通過導電膠與樣品臺固定，然后通過緊固螺栓引出導線，工作電極也引出導線，從而光譜池可以與電化學工作站聯用。

采用上述技術方案的電化學光學聯用原位研究光譜池，工作原理是以固定在樣品臺上的電極作為對電極和參比電極，以鍍在半圓柱形晶體透光窗片底平面的活性物質作為工作電極，通過將透光窗片與樣品臺上的導線與電化學工作站相連，模擬出電池工作體系，再通過透光窗片對固液界面進行原位光譜表征。

本發明同樣采用半圓柱形晶體作為透光窗片，但是采用薄層活性物質作為工作電極，并且將活性物質直接鍍在半圓柱形晶體透光窗片的底平面上，厚度僅為納米級，這樣在用光譜表征時就完全避免了溶液對光譜信號的吸收，并且可從樣品臺緊固螺栓和半圓柱形晶體透光窗片引出導線，從而實現光譜池與電化學工作站聯用，可以更加有效地對電化學體系進行原位光譜表征。