[發明專利]用于原位X射線衍射測試的類軟包電池裝置及組裝方法

在審

• 申請號: 202010784168.1
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111948237A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 賴蘭芳;潘瑾;楊凡
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: G01N23/20025
• 分類號: G01N23/20025;G01N23/207;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 戚東升

本發明公開一種用于原位X射線衍射測試的類軟包電池裝置，包括類軟包電池與外置夾具，類軟包電池從一側到另一側依次包括具有敞口的鋁塑膜、鈹窗、正極集流體、活性材料、隔膜、負極材料、PI固定片、負極集流體與鋁塑膜，鈹窗固定在鋁塑膜的敞口內側作為衍射窗口和定位窗口，兩側的鋁塑膜作為電池外殼起密封作用；外置夾具包括兩塊硬質板用來夾緊上述類軟包電池，其中一塊板中心處開口并對準衍射窗口以保證X射線可以透進電池內部及正常充放電的進行。本發明還涉及一種X射線衍射儀原位電池裝置的組裝方法。本發明能很好地輔助進行材料電化學測試和X射線衍射數據采集的需求。

技術領域

本發明公開一種用于原位X射線衍射測試的類軟包電池裝置及其組裝方法，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于原位X射線衍射(XRD)測試技術領域。

背景技術

鋰離子二次電池由于其高能量密度，高輸出電壓，寬工作范圍，小體積和無記憶效應的優勢被廣泛應用在數碼產品、電動工具、電動汽車以及空間儲能等領域。而鋰離子電池中最為關鍵的技術之一是電極材料技術。為配合鋰離子電池材料的開發與研究，更加深入的理解電極材料的結構性能和電化學性能等，解構電池反應過程中材料變化的本質已經成為開發新材料、設計新體系的一個必不可少的重要環節。其中，電極活性材料隨著不同充電截至電壓以及不同充放電循環次數所表現出來的晶體結構轉變的特征是影響特定設計下鋰離子電池壽命、穩定性的關鍵因素。

X射線衍射技術是研究晶體材料結構相變等的有效手段，通過在原位電池充放電的過程中在線觀察材料的結構變化可以有效地檢測材料的性能優劣。原位電池裝置的設計合理性是X射線衍射測試的關鍵。結構設計主要面臨電池密閉性不好和接觸不好的問題，電池不能進行正常的充放電，不能真正達到研究材料本征結構變化的目的。相關的原位電池裝置已有許多報道，通常是使用不銹鋼模具等進行機械密封確保測試的穩定性，但其大規模的推廣應用受到了自身價格昂貴，零部件繁多，使用復雜等缺點的限制。

中國文獻CN 206557134 U公開一種鈹窗原位XRD扣式電池，包括自下而上的正極殼、熱塑膠、鈹片、電極材料、網狀或多孔集流體、隔膜、鋰片和負極殼組成，正極殼上設有透X射線窗口，該方案采用正負極殼扣合密封，成本高。

有鑒于此，確有必要提供一種簡單快捷的能夠對鋰離子電池在充放電過程中不同電壓下以及循環不同次數過程中進行X射線衍射測試的原位電池。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種用于原位X射線衍射測試的類軟包電池裝置，可以在線檢測電池在充放電過程中或是循環數圈后電極活性材料的結構變化，該類軟包電池裝置不僅結構設計合理，而且高效便捷。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種用于原位X射線衍射測試的類軟包電池裝置，包括類軟包電池與外置夾具，

類軟包電池，其從一側到另一側依次包括具有敞口的鋁塑膜、鈹窗、正極集流體、活性材料、隔膜、負極材料、PI固定片、負極集流體與鋁塑膜，鈹窗固定在鋁塑膜的敞口內側作為衍射窗口和定位窗口，兩側的鋁塑膜作為電池外殼起密封作用；

外置夾具，其包括兩塊硬質板用來夾緊上述類軟包電池，其中一塊板中心處開口并對準衍射窗口以保證X射線可以透進電池內部及正常充放電的進行。

進一步，鈹窗是通過PI膠帶沿圓周固定在鋁塑膜的敞口內側。

進一步，正、負極集流體分別為在測試電位區間內穩定的金屬材料，如鋁箔與銅箔，其中鋁箔厚度小于10微米，進一步可以為打孔或網狀金屬箔。

進一步，隔膜的面積大于正、負集流體的面積，鋁塑膜比正、負極集流體面積略大，以預留出產氣的空間。

進一步，活性材料是鈷酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰中的一種，負極材料為鋰箔、硅材料或氧化亞硅材料中的一種。