一种原位中子测试装置和电池原位充放电中子测试系统制造方法及图纸

一种原位中子测试装置和电池原位充放电中子测试系统，包括真空腔、样品固定件、制冷元件和加热元件，样品固定件用于将待测电池固定设于真空腔内，制冷元件用于降低真空腔内温度，加热元件用于提高真空腔内的温度。由于制冷元件和加热元件分别可以降低或升高真空腔内的温度，可为真空腔内提供宽温区间，使得待测电池能够置于不同的温度环境中，以研究电池在不同温度条件下充放电时电池电极材料的结构演化信息。构演化信息。构演化信息。

【技术实现步骤摘要】
一种原位中子测试装置和电池原位充放电中子测试系统


[0001]本专利技术涉及材料分析领域，具体涉及一种原位中子测试装置。

技术介绍

[0002]对于电池在充放电过程中微观结构演变的探知对于理解电池电极材料的性能至关重要，这也是进一步优化和提升电池电极材料电化学性能的重要前提。然而常规的结构检测方法，一般需要在电池充放电完成之后，将电极材料从电池中剥离出来单独进行检测分析，即离位测试。这样不但难以获得电极材料在整个充放电循环过程中不同状态下连续性的结构形成和演变信息，而且在电池剥离后在失去密闭环境后电极材料本身的性质变化也常常使得离位测试所获得的材料信息失真。中子作为用于材料研究的微探针具有强穿透性和高敏感性等特点，因此利用中子散射方法不但可以同时得到获取全电池中包括正极、负极和电解质等所有组成部分的信号，并且可以精确确定这些富含轻元素(如锂、碳和氧等)的电极材料和固态电解质的体相结构信息。结合全电池原位充放电中子测试装置就可以完成针对电极材料在整个充放电循环过程中连续性的结构形成和演变的探测。此外，锂离子电池在实际的使用场景中，除了在室温条件下完成充放电过程之外，还有可能在极端环境，即室温～100℃的高温环境或者
‑
100℃～室温的低温环境条件下工作。因此，通过加载原位装置，对全电池在复杂环境条件下的原位中子检测也尤为重要。
[0003]现有的原位装置主要结合中子衍射技术，针对功能材料体系展开样品环境设计以实现对单体材料在极端条件下物性的探索，如探索高压
‑
高温、高压/>‑
低温极端条件下对材料本征结构特性产生的影响；或者为原位高温
‑
应力测量装置，主要用于研究结构材料在高温加载应力应变测试下，材料内部结构的信息；或者为具有温度
‑
应力
‑
磁场多种加载条件的中子散射原位多场耦合加载装置，用于模拟磁性材料在实际服役过程中的使用环境；关于锂离子电池材料测试相关的中子衍射原位装置，主要通过小角中子散射及原位充放电装置，表征全固态电池中固态电解质、电极材料的结构信息等。
[0004]根据目前已知的基于中子衍射的电池测试装置，还未有在满足宽温度区间环境要求条件下对全电池充放电过程中进行中子散射测试的原位装置。为了研究电池在不同温度条件下充放电时电池电极材料的结构演化信息，需要有一种满足宽温区的原位测量装置。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本申请给出一种原位中子测试装置以及应用该原位中子测试装置的电池原位充放电中子测试系统。
[0006]根据第一方面，一种实施例中提供一种原位中子测试装置，包括：
[0007]真空腔；
[0008]样品固定件，所述样品固定件设于所述真空腔内，所述样品固定件用于固定待测电池；
[0009]制冷元件，所述制冷元件伸入所述真空腔，所述制冷元件用于降低所述真空腔内
的温度；
[0010]加热元件，所述加热元件伸入所述真空腔，所述加热元件用于提高所述真空腔内的温度。
[0011]在一实施例中，还包括：密封法兰；所述密封法兰与所述真空腔的一外侧面紧密连接。
[0012]在一实施例中，所述密封法兰包括第一密封法兰和第二密封法兰；所述第一密封法兰与所述第二密封法兰同轴设置，所述第一密封法兰嵌入所述第二密封法兰，所述第一密封法兰上设有通孔，所述通孔与所述真空腔连通。
[0013]在一实施例中，还包括：顶盖；所述顶盖罩住所述第一密封法兰，所述顶盖上设有若干过线通孔，所述过线通孔与所述通孔连通。
[0014]在一实施例中，所述样品固定件包括样品夹具，所述样品夹具设于所述真空腔内，所述样品夹具用于夹持待测电池。
[0015]在一实施例中，所述样品夹具包括固定夹、样品杆和样品杆套筒，所述样品杆的一端与所述固定夹连接，所述样品杆的另一端穿过所述样品杆套筒与所述真空腔连接以固定所述样品杆。
[0016]在一实施例中，所述样品固定件包括位移平台，所述位移平台包括置物台，所述置物台活动设置在所述真空腔内，所述置物台用于放置待测电池。
[0017]在一实施例中，所述制冷元件包括制冷机和冷头，所述制冷机设于所述真空腔外侧，所述冷头的一端与所述制冷机连接，另一端伸入所述真空腔以用于降低真空腔内温度。
[0018]在一实施例中，所述加热元件包括加热丝，所述加热丝设于所述真空腔的内壁上。
[0019]根据第二方面，一种实施例中提供一种电池原位充放电中子测试系统，包括：电化学工作站、控制终端、中子散射谱仪以及如本申请任一项实施例中所述的原位中子测试装置；所述中子散射谱仪用于提供中子束，所述原位中子测试装置设于所述中子散射谱仪的散射腔内，待测电池处于中子束的照射路径上；所述电化学工作站上设有电线，所述电线依序穿入所述真空腔以与待测电池的正负极连接以完成待测电池的充放电过程；所述控制终端与所述电化学工作站、所述中子散射谱仪和所述原位中子测试装置电连接。
[0020]据上述实施例的原位中子测试装置和电池原位充放电中子测试系统，由于制冷元件和加热元件分别可以降低或升高真空腔内的温度，可为真空腔内提供宽温区间，使得待测电池能够置于不同的温度环境中，以研究电池在不同温度条件下充放电时电池电极材料的结构演化信息。
附图说明
[0021]图1为一种实施例中原位中子测试装置的结构示意图；
[0022]图2为一种实施例中原位中子测试装置的剖面结构示意图；
[0023]图3为一种实施例中原位中子测试装置(去除真空腔后)的结构示意图；
[0024]图4为一种实施例中原位中子测试装置的密封法兰的结构示意图；
[0025]图5为一种实施例中原位中子测试装置的密封法兰的剖面结构示意图；
[0026]图6为一种实施例中原位中子测试装置的样品夹具与第一密封法兰的连接结构示意图；
[0027]图7为一种实施例中原位中子测试装置的固定夹的结构示意图；
[0028]图8为一种实施例中电池原位充放电中子测试系统的结构示意图。
[0029]附图标记说明：1、真空腔；2、样品固定件；21、样品夹具；211、固定夹；2111、夹臂；212、样品杆；213、样品杆套筒；22、位移平台；221、置物台；3、制冷元件；31、制冷机；32、冷头；4、加热元件；5、密封法兰；51、第一密封法兰；511、通孔；52、第二密封法兰；6、顶盖；61、过线通孔；100、电线；200、中子束；1000、电化学工作站；2000、控制终端；3000、原位中子测试装置。
具体实施方式
[0030]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位中子测试装置，其特征在于，包括：真空腔；样品固定件，所述样品固定件设于所述真空腔内，所述样品固定件用于固定待测电池；制冷元件，所述制冷元件伸入所述真空腔，所述制冷元件用于降低所述真空腔内的温度；加热元件，所述加热元件伸入所述真空腔，所述加热元件用于提高所述真空腔内的温度。2.如权利要求1所述的原位中子测试装置，其特征在于，还包括：密封法兰；所述密封法兰与所述真空腔的一外侧面紧密连接。3.如权利要求2所述的原位中子测试装置，其特征在于，所述密封法兰包括第一密封法兰和第二密封法兰；所述第一密封法兰与所述第二密封法兰同轴设置，所述第一密封法兰嵌入所述第二密封法兰，所述第一密封法兰上设有通孔，所述通孔与所述真空腔连通。4.如权利要求3所述的原位中子测试装置，其特征在于，还包括：顶盖；所述顶盖罩住所述第一密封法兰，所述顶盖上设有若干过线通孔，所述过线通孔与所述通孔连通。5.如权利要求1所述的原位中子测试装置，其特征在于，所述样品固定件包括样品夹具，所述样品夹具设于所述真空腔内，所述样品夹具用于夹持待测电池。6.如权利要求5所述的原位中子测试装置，其特征在于，所述样品夹具包括固定夹、样品杆和样品杆套筒，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖荫果，王睿，黄中垣，王超骐，童文欣，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：