一种用于原位XRD测试的电解池反应室及测试方法技术

本发明专利技术提供了一种用于原位XRD测试的电解池反应室及测试方法，电解池反应室从上到下依次包括工作电极盖、对电极座和可选地固定对电极座的底座；工作电极盖与对电极座密封并绝缘连接；工作电极盖包括盖体、测试窗口和可选地第一导电体；对电极座包括座体、滑块、移动装置和可选地第二导电体；所述移动装置与滑块连接，用于移动滑块，使滑块与测试窗口贴合。该电解池反应室用于原位XRD测试具有工作电极制备方法简单、快捷，可对同一极片进行连续测试，组件少、组装便捷，结构紧凑、体积小、设备通用性好，可重复使用的优势；所得图谱信噪比高，离轴误差小，无杂相峰干扰，工作电极电流密度均匀、测试电位准确、长循环中容量保持率高等特点。

An electrolytic cell, reaction chamber and test method for in situ XRD testing

The present invention provides an electrolytic cell for the reaction chamber and test method of in situ XRD test, cell reaction chamber from top to bottom, including working electrode of the electrode holder cover, and optionally fixed base of the electrode seat; the working electrode cover and the sealing of the electrode holder and insulation connection; working electrode cover comprises a cover the test window body, and optionally the first conductive body; the electrode seat includes a seat body, a slider, a mobile device and optionally the second conductive body; the mobile device is connected with a sliding block, to move the slider so that the slider and the test window. The cell reaction chamber for in situ test with XRD working electrode preparation method is simple, fast, can carry out continuous testing of the same polarity, less components, convenient assembly, compact structure, and small size, good versatility, reusable advantages; the pattern of high signal-to-noise ratio, off-axis error is small, no miscellaneous the peak phase interference, working electrode current density uniform, accurate and long cycle test potential capacity to maintain high rate.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学
，涉及一种电解池反应室及其用途，尤其涉及一种用于原位XRD测试的电解池反应室及测试方法。
技术介绍
近年来随锂离子电池研究不断深入，新型锂电正负极材料如三元、NCA、硬碳、氧化亚硅、硅基、锂负极等新材料、新体系不断涌现。锂离子电池在充放电过程中由于锂离子的嵌入、脱出以及锂沉积会引起正负极材料的物相、晶格参数发生变化，研究这些变化对研究反应动力学、电极过程和优化材料容量、循环、倍率、极片膨胀等性能有重要的意义。传统锂电材料研究电极过程中的晶体结构变化，主要采用非原位XRD测试，即将充放电至规定周期、荷电态的极片拆卸出来，封装后进行测试。该方法无法精确限定测试电位；锂电材料在拆卸以及转移过程需要保持在无氧环境中操作繁琐、难度大；无法对同一极片进行连续观察，所得数据可对比性差。MasakiYoshio[Suppressionoflithiumdepositionatsub-zerotemperaturesongrapHitebysurfacemodification.NandaGunawardhan,NikolayDimov,ManickamSasidharan,Gum-JaePark,HiroyoshiNakamura,MasakiYoshio.ElectrochemistryCommunications13(2011)1116–1118]等采用非原位方法研究了石墨负极材料在低温下的锂碳化合物和析锂情况。原位XRD测试技术很好的解决了上述问题。原位XRD方法无须暂停充放电和拆卸电池，因而可以精确测定电位并连续测试电极材料晶体结构在充放电过程中的变化。但锂离子电池由涂覆在集流体上的活性物质、隔膜、对电极依次叠加构成，X射线无法穿透常规集流体或对电极和隔膜，普通XRD夹具也无法提供锂离子电池所需的密封环境。因此原位XRD电解池需要在保证正常充放电前提下，解决测试窗口和体系密封两大问题。JieShu等[JieShu,MiaoShui,DanXu,Large-scalesynthesisofLi1.15V3O8nanobeltsandtheirlithiumstoragebehaviorstudiedbyinsituX-raydiffraction.J.Mater.Chem.,2012,22,3035]使用的工作电极极片由浆料涂布在玻璃片上、烘干、从玻璃片剥离、叠放在铍片上制得，铍片作为测试窗口和工作电极集流体，对电极为锂片。但该方法极片制备工艺复杂，无法精确控制极片面积和活性物质质量、工作电极与铍片接触不紧密，无法保证工作电极电流分布均匀。HaitaoZhou等[HaitaoZhou,Mari-AnnEinarsrud,FrideVullum-Bruer.InsituX-raydiffractionandelectrochemicalimpedancespectroscopyofananoporousLi2FeSiO4/Ccathodeduringtheinitialcharge/dischargecycleofaLi-ionbattery.JournalofPowerSources238(2013)478-484]采用杜邦RS导电膜同时作为集流体和测试窗口，成功测得原位信号。但该方法有如下缺陷：1、存在明显的导电膜非晶峰，信噪比低；2、导电膜电导率较低，不利于进行高倍率充放电。CN104297274A采用半电池体系，将活性物质涂布在铜网上作为工作电极，组装时依次安装对电极、隔膜、工作电极(铜网)，最后粘接测试窗口进行密封。该方法有如下缺陷：1、测试窗口粘接后很难取下、无法重复利用；2、因铜网的遮蔽作用，所得图谱信噪比较低，且存在明显的铜特征峰；3、工作电极(铜网)缺少定位措施，进行XRD测试时工作电极容易偏离焦平面产生离轴误差。CN1844947A定义了一种原位测试装置。其原位电解池工作电极采用常规极片制备工艺，在对电极上开测试孔，装置上面采用高分子膜密封并作为测试窗口材料，X射线透过开孔进行测试。但该方法有如下缺陷：1、在对电极上开孔，充放电过程中工作电极尤其是正对开孔区域电流密度不均，影响测试电位的控制和荷电态确定；2、装置密封方式可靠性不佳，密封结构为一次性使用；3、存在明显的导电膜非晶峰，信噪比低。现有锂电池XRD电解池普遍存在有杂相峰干扰、装配过程繁琐、密封性、可重复性及通用性不佳等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于原位XRD测试的电解池反应室及测试方法，所述电解池反应室用于工作电极的原位XRD测试具有工作电极制备方法简单、快捷，可对同一极片进行连续测试，离轴误差小，所得图谱信噪比高，无杂相峰干扰，工作电极电流密度均匀、测试电位准确、长循环中容量保持率高等特点，还具有电解池组件少、组装便捷，结构紧凑、设备通用性好，可重复使用的优势。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种电解池反应室，所述电解池反应室从上到下依次包括工作电极盖、对电极座和可选地固定对电极座的底座；工作电极盖与对电极座密封并绝缘连接；工作电极盖包括盖体、测试窗口和可选地第一导电体，盖体设置有测试孔，测试窗口与测试孔密封连接，第一导电体与测试窗口连接；对电极座包括座体、滑块、移动装置和可选地第二导电体；所述座体上设置第一凹槽，所述滑块位于第一凹槽中，滑块上表面为水平面；所述移动装置与滑块连接，用于移动滑块，使滑块与测试窗口贴合，所述滑块的上表面放置对电极和隔膜，所述第二导电体与对电极连接，所述移动装置及第二导电体独立地与座体密封连接。所述工作电极盖承载工作电极，提供测试窗口与集流体。所述对电极座承载对电极和隔膜，保证工作电极盖和对电极座密封和绝缘。所述底座支撑对电极座并配合XRD载物台，以便于调整高度和角度。与“在对电极上开孔”的测试装置对比，本专利技术提供的原位XRD测试的电解池中的工作电极与对电极紧密接触、面积相等，不会导致电流密度不均匀、进而导致测试点与电极其他位置存在过电位，从而导致测试电位不准确。由于本专利技术提供的原位XRD测试的电解池的密封性好，工作电极与对电极紧密接触、面积相等，因而循环性能好。本专利技术提供的电解池反应室由于工作电极盖和对电极座的设计，使得其可对工作电极进行原位XRD连续测试，并且电解池组件少、组装便捷，结构紧凑、设备通用性好，可重复使用的优势。所述第一导电体为金属线和/或金属片，优选为铜片。所述第一导电体在原位XRD测试时可为导线，或导电片。所述电解池反应室由于其测试窗口为具有导电性的材质，其也可不设置第一导电体，而在原位XRD测试时，另加导线将测试窗口与电源的正极或负极连接。优选地，所述金属片通过叠压或焊接方式与测试窗口连接，且位于测试孔区域以外，从而保证不影响X射线低角度扫描和测试窗口作为集流体的导电性。所述测试孔的直径不小于X射线狭缝长度，以避免产生Fe杂相峰。优选地，所述测试窗口完全覆盖测试孔，所述测试窗口与测试孔的连接方式为焊接、粘结或压合中的任意一种或至少两种的组合。要求保持测试窗口与盖体贴合、密封。测试窗口厚度尽量薄，以减少窗口材料特征峰对结果的干扰。优选地，所述测试窗口的厚度为0.01-1mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原位XRD测试的电解池反应室，其特征在于，所述电解池反应室从上到下依次包括工作电极盖、对电极座和可选地固定对电极座的底座；工作电极盖与对电极座密封并绝缘连接；工作电极盖包括盖体、测试窗口和可选地第一导电体，盖体设置有测试孔，测试窗口与测试孔密封连接，第一导电体与测试窗口连接；对电极座包括座体、滑块、移动装置和可选地第二导电体；所述座体上设置第一凹槽，所述滑块位于第一凹槽中，滑块上表面为水平面；所述移动装置与滑块连接，用于移动滑块，使滑块与测试窗口贴合，所述滑块的上表面放置对电极和隔膜，所述第二导电体与对电极连接，所述移动装置及第二导电体独立地与座体密封连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于原位XRD测试的电解池反应室，其特征在于，所述电解池反应室从上到下依次包括工作电极盖、对电极座和可选地固定对电极座的底座；工作电极盖与对电极座密封并绝缘连接；工作电极盖包括盖体、测试窗口和可选地第一导电体，盖体设置有测试孔，测试窗口与测试孔密封连接，第一导电体与测试窗口连接；对电极座包括座体、滑块、移动装置和可选地第二导电体；所述座体上设置第一凹槽，所述滑块位于第一凹槽中，滑块上表面为水平面；所述移动装置与滑块连接，用于移动滑块，使滑块与测试窗口贴合，所述滑块的上表面放置对电极和隔膜，所述第二导电体与对电极连接，所述移动装置及第二导电体独立地与座体密封连接。2.根据权利要求1所述的电解池反应室，其特征在于，所述第一导电体为金属线和/或金属片，优选为铜片；优选地，所述金属片通过叠压或焊接方式与测试窗口连接，且位于测试孔区域以外。3.根据权利要求1或2所述的电解池反应室，其特征在于，所述测试孔的直径不小于X射线狭缝长度；优选地，所述测试窗口完全覆盖测试孔，所述测试窗口与测试孔的连接方式为焊接、粘结或压合中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述测试窗口的厚度为0.01-1mm；优选地，所述测试窗口的材质为高X射线透射率的导电材料，且其特征峰不与工作电极特征峰重叠或相近，优选为铍片和/或铝片；优选地，工作电极浆料涂布于所述测试窗口内侧或工作电极浆料涂布于铝箔后贴覆于测试窗口内侧；优选地，涂布于所述测试窗口上的浆料的pH＞9或＜6时，测试窗口的材质不为铍片；优选地，所述盖体的材质为不锈钢。4.根据权利要求1-3之一所述的电解池反应室，其特征在于，所述移动装置包括弹簧和螺丝，所述第一凹槽下部设置第三连接孔，所述弹簧的一端通过第三连接孔与滑块相连，所述弹簧的另一端与螺丝相连，所述螺丝与座体密封连接；优选地，所述螺丝通过第二密封圈与座体密封连接；优选地，所述螺丝位于座体的底部；优选地，所述螺丝与弹簧的连接处设置有第二凹槽；优选地，所述弹簧和螺丝的材质为不锈钢。5.根据权利要求1-4之一所述的电解池反应室，其特征在于，所述滑块为U型结构，且所述滑块的上表面为平面；优选地，所述滑块的材质为不锈钢。6.根据权利要求1-5之一所述的电解池反应室，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗恒，刘兴杨，周成坤，周海辉，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44