一种可实时原位监测的固态电池及固态电池监测方法技术

本发明专利技术公开了一种可实时原位监测的固态电池及固态电池监测方法；该固态电池包括：正电极层、负电极层以及透光的固态电解质；所述固态电解质位于所述正电极层和所述负电极层之间；所述正电极层和/或所述负电极层开有窗口，用于使OCT光学成像系统的扫描光线通过所述窗口进入固态电池内部；其中，当所述正电极层和所述负电极层两者均开有窗口时，两者的所述窗口的位置不对应。本发明专利技术提供的固态电池可进行实时的原位监测，从而可精确获悉固态电池在充放电过程中内部的固固界面的形貌、结构及化学态等。化学态等。化学态等。

【技术实现步骤摘要】
一种可实时原位监测的固态电池及固态电池监测方法


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种可实时原位监测的固态电池及固态电池监测方法。

技术介绍

[0002]当今社会能源的供应与使用越来越受到显著的关注，可充电电池是非常流行的可再生能量储存装置。由于电池的大小可以自由制作，使得可充电电池在移动设备上的应用非常广泛。例如，目前已经在智能手机、笔记本电脑、移动平板、手表以及混合电动汽车上广泛使用了可充电电池。在各类可充电电池中，固态电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电能力低等优点，成为了更适合于移动设备的动力选择。
[0003]固态电池的广泛使用，使得其寿命和可靠性受到了广泛的关注。为了更好的确保固态电池的安全和可靠，有必要对固态电池在充放电过程中内部的固固界面的形貌、结构及化学态等进行检测。因为一旦有潜在的异常或缺陷未被检测到，将可能导致固态电池性能下降、加速衰减，甚至引起火灾或爆炸。
[0004]现有技术中，可以借助扫描电子显微镜，透射电子显微镜，X
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射线衍射、核磁共振等手段来对固态电池进行内部检测。具体检测方式是将电池充放电到某一指定状态后，将电池进行拆解，然后分别提取电极或固体电解质的部分样品等进行检测和分析。
[0005]然而，上述检测方式不仅过程繁琐，更为重要的是忽略了电池拆解后的状态相较于电池充放电状态的滞后性以及两种状态之间的差异性，所获得的实验数据并不能完全表征固态电池在充放电过程中的真实状态。因此，现有的对固态电池进行内部检测的实验结果不足以作为准确判断固态电池性能优劣的依据，使得对固态电池进行内部检测的性价比不高，不利于对固态电池进行内部检测的推广实施。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中所存在的问题，本专利技术提供了一种可实时原位监测的固态电池及固态电池监测方法。
[0007]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]一种可实时原位监测的固态电池，包括：正电极层、负电极层以及透光的固态电解质；所述固态电解质位于所述正电极层和所述负电极层之间；
[0009]所述正电极层和/或所述负电极层开有窗口，用于使OCT光学成像系统的扫描光线通过所述窗口进入固态电池内部；
[0010]其中，当所述正电极层和所述负电极层两者均开有窗口时，两者的所述窗口的位置不对应。
[0011]可选地，所述正电极层、所述负电极层以及所述固态电解质采用非导电材料进行封装；其中，位于所述窗口处的所述非导电材料透光；
[0012]所述可实时原位监测的固态电池还包括：所述正电极层和所述负电极层两者各自
的电池极耳。
[0013]可选地，所述正电极层和所述负电极层均为锂片。
[0014]可选地，所述固态电解质包括：双三氟甲烷磺酰亚胺锂和聚偏氟乙烯。
[0015]可选地，当所述正电极层开有窗口时，该窗口与所述正电极层的面积之比为0.02％～0.1％；
[0016]当所述负电极层开有窗口时，该窗口与所述负电极层的面积之比为0.02％～0.1％。
[0017]本专利技术还提供了一种固态电池监测方法，应用于上述任一种可实时原位监测的固态电池，所述方法包括：
[0018]使用电化学工作站对所述固态电池进行充放电测试，并在进行所述充放电测试的过程中，利用OCT光学成像系统向所述固态电池所开设的窗口内照射扫描光线并执行扫描，以通过扫描获得的光学图像对所述固态电池在充放电过程中的状态进行监测。
[0019]可选地，所述OCT光学成像系统，包括：宽带光源、2*2光耦合器、准直透镜、平面参考镜、共焦显微镜组、光电探测器以及成像处理装置；
[0020]所述宽带光源发出的光经由单模光纤进入所述2*2光耦合器的第一侧的第一端口，被所述2*2光耦合器分为两路，一路从所述2*2光耦合器的第二侧的第一端口输出，经由所述准直透镜射向所述平面参考镜，并被所述平面参考镜反射形成参考光，另一路从所述2*2光耦合器的第二侧的第二端口输出，经由所述共焦显微镜组照射进所述窗口；
[0021]所述参考光从所述第二侧的第一端口返回所述2*2光耦合器；从所述窗口内返回的后向散射光经由所述共焦显微镜组从所述第二侧的第二端口返回所述2*2光耦合器；所述参考光和所述后向散射光在所述2*2光耦合器中发生干涉，形成干涉信号；
[0022]所述干涉信号从所述2*2光耦合器的第一侧的第二端口输出，进入所述光电探测器；所述光电探测器对所述干涉信号进行探测；所述成像处理装置基于所述光电探测器的探测数据进行光学成像。
[0023]可选地，所述执行扫描，包括：
[0024]使所述平面参考镜沿所述准直透镜的轴向进行运动，并在所述平面参考镜运动至每个点位时，使照射进所述窗口的光线沿所述窗口的二维平面进行扫描。
[0025]可选地，所述成像处理装置基于所述光电探测器的探测数据进行光学成像，包括：
[0026]基于所述光电探测器在每个所述点位上的探测数据，对该点位所对应的探测深度进行二维成像；
[0027]对各个所述点位上的二维成像结果进行层析合成，得到三维成像。
[0028]可选地，所述宽带光源包括：超辐射发光二极管。
[0029]本专利技术提供的可实时原位监测的固态电池中，正电极层和负电极层均开有供OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干断层扫描技术)光学成像系统的扫描光线进入的窗口，由此便可以采用OCT光学成像系统来对充放电过程中的固态电池进行实时扫描成像，从而对充放电过程中的固态电池实现实时、原位以及无损的监测。
[0030]以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0031]图1(a)～图1(c)是本专利技术实施例提供的三种可实时原位监测的固态电池的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的另一种可实时原位监测的固态电池的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例提供的一种固态电池监测方法的流程示意图；
[0034]图4是图3所示方法中进行OCT扫描所使用的OCT光学成像系统的的结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0036]为了对固态电池在充放电过程中内部的固固界面的形貌、结构及化学态等进行实时的原位检测，本专利技术实施例提供了一种可实时原位监测的固态电池。
[0037]参见图1(a)、图1(b)以及图1(c)所示，该固态电池包括：正电极层1、负电极层2以及透光的固态电解质3。固态电解质3位于正电极层1和负电极层2之间；正电极层1和/或负电极层2开有窗口4，用于使OCT光学成像系统的扫描光线通过该窗口4进入固态电池内部。OCT光学成像系统利用的是光学相干层析技术，结合了低相干干涉和共焦显微测量的特点。OCT成像具有非接触、非侵入、实时动态成像、探测灵敏度高等优点，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实时原位监测的固态电池，其特征在于，包括：正电极层、负电极层以及透光的固态电解质；所述固态电解质位于所述正电极层和所述负电极层之间；所述正电极层和/或所述负电极层开有窗口，用于使OCT光学成像系统的扫描光线通过所述窗口进入固态电池内部；其中，当所述正电极层和所述负电极层两者均开有窗口时，两者的所述窗口的位置不对应。2.根据权利要求1所述的可实时原位监测的固态电池，其特征在于，所述正电极层、所述负电极层以及所述固态电解质采用非导电材料进行封装；其中，位于所述窗口处的所述非导电材料透光；所述可实时原位监测的固态电池还包括：所述正电极层和所述负电极层两者各自的电池极耳。3.根据权利要求1所述的可实时原位监测的固态电池，其特征在于，所述正电极层和所述负电极层均为锂片。4.根据权利要求1所述的可实时原位监测的固态电池，其特征在于，所述固态电解质包括：双三氟甲烷磺酰亚胺锂和聚偏氟乙烯。5.根据权利要求1所述的可实时原位监测的固态电池，其特征在于，当所述正电极层开有窗口时，该窗口与所述正电极层的面积之比为0.02％～0.1％；当所述负电极层开有窗口时，该窗口与所述负电极层的面积之比为0.02％～0.1％。6.一种固态电池监测方法，其特征在于，应用于权利要求1～5任一项所述的可实时原位监测的固态电池，所述方法包括：使用电化学工作站对所述固态电池进行充放电测试，并在进行所述充放电测试的过程中，利用OCT光学成像系统向所述固态电池所开设的窗口内照射扫描光线并执行扫描，以通过扫描获得的光学图像对所述固态电池在充放电过程中的状态进行监测。7.根据权利要求6所述的固态电池监测方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，马天鸿，李金泽，黄曦，张建奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：