一种锂电池原位显微成像装置、原位高温显微成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种锂电池原位显微成像装置，涉及材料表征技术领域，本实用新型专利技术包括腔体、电池核心包，腔体内设有放置电池核心包的第一凹槽；电池核心包包括正极壳、负极壳和引线柱，正极壳与负极壳连接、形成密封腔体；密封腔体内设有放置待测样品的第二凹槽，正极壳、负极壳侧壁均开设有孔，孔内设有贯穿正极壳、负极壳的引线柱；第一凹槽上方设有光学窗口；腔体上设有引线通孔，所述引线通孔内设有电极接线柱，电极接线柱与引线柱电性连接，腔体上设有与待测样品电性连接的引线接线柱；本实用新型专利技术还公开锂电池原位高温显微成像装置，本实用新型专利技术的有益效果在于：能观察电池电池充放电流程，从而为更好的理解锂枝晶的形成演变提供数据支持。

An in situ micro imaging device for lithium battery and an in situ high temperature micro imaging device

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池原位显微成像装置、原位高温显微成像装置
本技术涉及材料表征
，具体涉及一种锂电池原位显微及原位高温显微成像装置。
技术介绍
随着人们对储能设备需求的日益增加，锂离子电池成为现代社会最受欢迎的便携式电源之一，而且由于其能量密度高、功率密度大和安全性高等优点，锂离子电池有望应用于更广阔的领域，如电动汽车等。为了实现这一目标，人们在寻找新的电极材料和新的电池体系等方面做了很大的努力，同时，了解电极材料表面反应，有效解决金属锂负极的枝晶问题已被越来越多的人认为是优化电池系统的重要前提。在现阶段的研究中，枝晶的生长以及随之而来的电池安全隐患和循环寿命的降低严重干扰着金属锂负极的实际应用。传统的枝晶研究方法是拆解循环后的电池，对极片进行观察研究。然而这种做法带来的问题就是电池拆解后极片暴露，其表面电解液的挥发和接触气体带来的副反应等可能会破坏极片的表面状态，而且也无法对枝晶的生长过程进行连续观测。为了克服类似的一系列问题，不需要拆解电池的原位观测方法应势而生。它能最大限度的还原电池充放电过程中极片表面形貌的演变过程，还能捕捉枝晶的摇摆等运动。目前已知的形貌表征方法有如下几种：原位原子力显微镜(AFM)、原位扫描电子显微镜(SEM)，原位透射电子显微镜(TEM)、原位激光扫描共聚显微镜(LSCM)、同步X-ray断层扫描等，但这些装置装配复杂，而且大多数电池结构和充放电条件等受到很大限制，与实际体系差异巨大，最主要的是，部分过于微观的观测结果难以描述较为宏观的枝晶生长。与之相比，尽管原位光学显微镜无法做到纳米尺度的高分辨率，但其能够非常便捷有效的实时追踪宏观上枝晶的生长过程以及电极表面的变化，因而成为更常用的观测手段，而锂离子电池显微成像原位池就可以实现锂片及电极材料表面反应，锂枝晶等现象的在线观察。大电流充放电、电池管理系统故障、内阻的不一致性等容易引起锂离子电池发生过充电或过放电，轻则导致电池容量下降或电池故障，严重的将引发热失控。在热失效测试中，温度场一直是一个关键因素。目前常用的模拟方式就是将电池放置在烘箱等加热体中，然后通过对整体加热来实现不同温度的供给。这样做能够实现电池池体的温度均匀，但存在着一个缺陷就是只能对其电池池体的不同温度条件下的单一性能测试，而无法实现其他结构的表征。而在实际操作过程中，电池本身的过充过放等造成热失效的同时都会对电极材料或者电解液产生明显的影响，这些变化才是最终导致电池发生安全事故的根源所在。
技术实现思路
本技术所要解决的问题之一是在于提供一种锂电池原位显微成像装置，对电池充放电流程的电极材料的变化情况进行监测。本技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：本技术提供一种锂电池原位显微成像装置，包括腔体、电池核心包，所述腔体内设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有夹持待测样品的电池核心包；所述电池核心包包括正极壳、负极壳和引线柱，所述正极壳与负极壳连接、形成密封腔体；所述密封腔体内设有放置待测样品的第二凹槽，所述正极壳、负极壳侧壁均开设有孔，所述孔内设有贯穿正极壳、负极壳的引线柱；所述第一凹槽上方设有光学窗口；所述腔体上设有引线通孔，所述引线通孔内设有电极接线柱，所述电极接线柱与引线柱电性连接，所述腔体上设有与待测样品电性连接的引线接线柱。工作原理：将待测样品放置在第一凹槽内，将引线接线柱与待测样品连接，电极接线柱与电池核心包连接，并将锂电池原位显微成像装置置于光学显微镜下，通过正常的电池测试系统就可以完成电池的充放电流程以及在这一过程中的电极结构光学测试。有益效果：本技术能观察电池充放电流程，在相对宏观的条件(微米级别)下实现对锂枝晶的直接观察，这一装置虽然无法在纳米层面进行观察，但能够从微米级别进行直接观察，能够弥补原位透射电镜的不足，从而为更好的理解锂枝晶的形成演变提供数据支持。优选的，所述第二凹槽内设有隔膜层、待测样品的正极材料、待测样品的负极材料，所述待测样品的正极材料、待测样品的负极材料分别位于隔膜层的两侧，所述待测样品的正极材料的下端设有待测样品的参比电极材料。优选的，所述正极壳与负极壳之间通过螺纹连接。优选的，所述正极壳和负极壳的侧壁开设有螺纹孔，所述螺纹孔内设有螺钉。优选的，所述正极壳与负极壳之间设有第一密封件。优选的，所述隔膜层的材质为聚醚醚酮。优选的，还包括窗口压盖，所述窗口压盖设置在光学窗口上方。优选的，所述窗口压盖和光学窗口之间设有第二密封件。优选的，所述光学窗口的材质为单晶氧化铝材质。优选的，所述腔体的两侧设有三个引线接线柱槽体，靠近所述正极壳的一侧设有两个引线接线柱槽体，靠近所述负极壳的一侧设有一个引线接线柱槽体，所述引线接线柱位于引线接线柱槽体内。工作原理：将引线柱安装到正极壳和负极壳上，将待测样品的正极材料、待测样品的负极材料、待测样品的参比电极材料、隔膜层，按顺序放置到第二凹槽内，将密封件放置在正极壳与负极壳之间，加上隔膜层，通过螺钉将电池核心包进行密封固定；在三个引线接线柱槽体中分别装入三个引线接线柱，通过导线使三个引线接线柱分别与待测样品的正极材料、待测样品的负极材料、待测样品的参比电极材料电性连接；通过导线使电极接线柱与引线柱电性连接。采用第一密封件、窗口压盖对腔体进行密封；上述过程均在带有氩气保护的手套箱内完成，确认密封完整后从手套箱取出，置于光学显微镜下，通过正常的电池测试系统完成电池的充放电流程以及在这一过程中的电极结构光学测试。有益效果：第一密封件用以加强负极壳和正极壳之间的密封性；第二密封件用以加强光学窗口和窗口压盖之间的密封性；引线接线柱分别与待测样品的正极材料、待测样品的负极材料、待测样品的参比电极材料电性连接，电极接线柱与引线柱电性连接，起电子输运作用，聚醚醚酮材质具备金属材质的高强度性能，同时具备绝缘的功能，能够起到防止电池核心包短路的作用。本专利技术解决的技术问题之二是提供一种锂电池原位高温显微成像装置，在加热过程中锂电池的电极材料和电解液的变化情况进行监测。本专利技术还提供一种锂电池原位高温显微成像装置，包括腔体、加热系统；所述腔体内设有容纳待测样品的第一凹槽，所述第一凹槽上方设有光学窗口；所述加热系统包括加热装置、加热通电装置，所述加热装置环绕腔体，所述加热通电装置与加热装置连接。工作原理：将待测样品放置在第一凹槽内，通过环绕腔体的加热装置对待测样品进行加热，并将其置于光学显微镜下，通过观察窗进行观察。有益效果：本技术能观察加热过程中锂电池的电极材料和电解液的变化情况，明确电池过充电、过放电过程中的热行为表现，还可以深化对锂离子电池发生过充电和过放电热失控根源的认识，掌握诱发热失控的主要原因。优选的，所述第一凹槽内设有夹持待测样品的电池核心包，所述电池核心包包括正极壳、负极壳和引线柱，所述正极壳与负极壳连接、形成密封腔体；所述密封腔体内设有放置待测样品的第二凹槽，所述正极壳、负极壳侧壁均开设有孔，所述孔内设有贯穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池原位显微成像装置，其特征在于：包括腔体、电池核心包，所述腔体内设有放置电池核心包的第一凹槽；所述电池核心包包括正极壳、负极壳和引线柱，所述正极壳与负极壳连接、形成密封腔体；所述密封腔体内设有放置待测样品的第二凹槽，所述正极壳、负极壳侧壁均开设有孔，所述孔内设有贯穿正极壳、负极壳的引线柱；/n所述第一凹槽上方设有光学窗口；所述腔体上设有引线通孔，所述引线通孔内设有电极接线柱，所述电极接线柱与引线柱电性连接，所述腔体上设有与待测样品电性连接的引线接线柱。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池原位显微成像装置，其特征在于：包括腔体、电池核心包，所述腔体内设有放置电池核心包的第一凹槽；所述电池核心包包括正极壳、负极壳和引线柱，所述正极壳与负极壳连接、形成密封腔体；所述密封腔体内设有放置待测样品的第二凹槽，所述正极壳、负极壳侧壁均开设有孔，所述孔内设有贯穿正极壳、负极壳的引线柱；
所述第一凹槽上方设有光学窗口；所述腔体上设有引线通孔，所述引线通孔内设有电极接线柱，所述电极接线柱与引线柱电性连接，所述腔体上设有与待测样品电性连接的引线接线柱。


2.根据权利要求1所述的锂电池原位显微成像装置，其特征在于：所述第二凹槽内设有隔膜层、待测样品的正极材料、待测样品的负极材料，所述待测样品的正极材料、待测样品的负极材料分别位于隔膜层的两侧，所述待测样品的正极材料的下端设有待测样品的参比电极材料。


3.根据权利要求1所述的锂电池原位显微成像装置，其特征在于：所述腔体的两侧设有三个引线接线柱槽体，靠近所述正极壳的一侧设有两个引线接线柱槽体，靠近所述负极壳的一侧设有一个引线接线柱槽体，所述引线接线柱位于引线接线柱槽体内。


4.根据权利要求1所述的锂电池原位显微成像装置，其特征在于：所述正极壳与负极壳之间通过螺纹连接。


5.一种锂电池原位高温显微成像装置，其特征在于：包括腔体、加热系统；所述腔体内设有容纳待测样品的第一凹槽，所述第一凹槽上方设有光学窗口；所述加热系统包括加热装置、加热通电装置，所述加热装置环绕腔体，所述加热通电装置与加热装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴，黄伟峰，
申请(专利权)人：华研环科北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11