一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置及方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置及方法。

背景技术：

锂离子电池具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长、续航时间长、无污染、工作温度范围宽、自放电小及绿色环保等诸多优点，被作为新型的高能化学电源。近年来，锂离子电池广泛应用于手机、电脑和电动汽车等领域。

锂离子电池体系多种多样，为找到更适合的电池体系，需要做大量的测试试验，以检测不同电池体系的反应情况。但由于电化学反应过程属于微观过程，现有的测试方式只能通过收集反应过程中的电流、电压等数据来判断，而电池极片间的电化学反应过程是无法进行直接观测的。

为了解决上述问题，有必要提供一种对锂离子电池极片电化学反应过程进行直接观察的装置及方法，以解决电池极片电化学反应过程不能记录的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决锂离子电池电化学反应过程中的观察和记录问题，特提供一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置，包括设在底座上的外框，所述底座和外框的连接处通过密封圈进行密封，所述外框的顶端面开设有用玻璃进行密封的观察窗口；所述外框的两侧对称螺纹连接有正极导电柱、负极导电柱，所述正极导电柱与负极导电柱的一端均伸入外框的内部、另一端分别与电源的正、负极连接。

进一步方案，还包括设于底座下方的支撑板，所述外框顶端两侧分别卡设一卡箍，所述卡箍通过固定螺栓与支撑板固定连接。

优选的，为了使底座在支撑板上平稳而不产生位移，所述支撑板的中心处开设有与所述底座底端相配合的卡槽。

优选的，还包括设于观察窗口上方的扫描电子显微镜，扫描电子显微镜能将电池极片的电化学反应过程时行观察并成像。

进一步方案，所述底座的中间开设有凹槽，所述凹槽中水平方向依次排放有负极导电垫片、负极压块、负极片、隔膜、正极片、正极压块和正极导电垫片；所述负极导电柱伸入外框的内部与负极导电垫片接触；所述正极导电柱伸入外框的内部与正极导电垫片接触。

进一步方案，所述正极导电柱与负极导电柱的一端设有外螺纹、另一端为扁平状。

进一步方案，所述外框的两侧对称开设有用于连接正极导电柱、负极导电柱的螺纹通孔。

进一步方案，所述底座的顶端面和外框的底端面均开设有用于卡放密封圈的密封槽。

进一步方案，所述负极导电垫片和正极导电垫片均为弹性垫片，所述密封圈为耐腐蚀材料制成的，所述外框的材质为聚四氟乙烯；密封的观察窗口的玻璃为蓝宝石玻璃。

本发明的另一个发明目的是提供上述的一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置的观察方法，其包括以下步骤：

a、将大小一致的负极导电垫片、负极压块、负极片、隔膜、正极片、正极压块和正极导电垫片依次叠放组合成测试样品，然后放入凹槽中；

b、将电解液滴入正、负极片之间，多余的电解液从其底部渗出，留在凹槽里；

c、使外框上的螺纹通孔的方向与测试样品的排布方向一致后，将外框卡套在测试样品上，从而使测试样品位于外框的中心处；并使外框地底端面与底座的顶端面通过密封圈进行挤压密封；

d、将负极导电垫片和正极导电垫片分别旋入外框上的螺纹通孔中，并使负极导电柱伸入外框的内部与负极导电垫片接触、正极导电柱伸入外框的内部与正极导电垫片接触；并适度挤压正、负极导电柱，保证正、负电极片不散开；

e、将卡箍卡放在位于观察窗口两侧的外框上，然后使用固定螺栓将卡箍固定在支撑板上；

f、将扫描电子显微镜放置在观察窗口的上方；

g、将电源的正、负极夹子分别夹持在正极导电柱、负极导电柱的尾端；开通电源后电池极片开始电化学反应，扫描电子显微镜则记录下全过程。

本发明中底座与外框之间卡设有耐腐蚀的密封圈，底座与外框压紧时，密封圈被挤压，充满底座与外框上的槽，达到密封效果；

外框采用聚四氟乙烯制成，其绝缘性较好且耐电解液腐蚀；观察窗口处镶嵌一块蓝宝石玻璃，其透光性较好且耐电解液腐蚀；

正极导电柱、负极导电柱通过螺纹通孔旋进外框分别与正极导电垫片、负极导电垫片接触，从而达到导电的效果；

正极导电柱、负极导电柱的尾端为扁平状，便于外接电源正负极电源夹夹持。

本发明在外框的顶端开设观察窗口，并镶嵌一块透光性较好的蓝宝石玻璃，提高扫描电子显微镜的观察效果；本发明将电池极片放置在外框中，采用扫描电子显微镜通过观察窗口实时观察与记录下电池极片的电化学反应过程，为测试结果提供详细的图像依据。所以本发明解决了电池极片电化学反应过程不易记录的问题，并且本装置的组装方式也较为便捷、安全，具有结构简单、制造成本较低，操作安全等优点。

本发明配合扫描电子显微镜观察并记录下极片电化学反应过程中的界面变化，为锂离子电池选型试验提供强有力的数据及图像依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的爆炸示意图。

图中：1-底座，2-密封圈，3-凹槽，4-负极导电垫片，5-负极压块，6-负极片，7-隔膜，8-正极片，9-正极压块，10-正极导电垫片，11-负极导电柱，12-正极导电柱，13-螺纹通孔，14-外框，15-观察窗口，16-固定螺栓，17-支撑板，18-卡箍，19－卡槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

实施例一：

如图1、2所示，一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置，包括设在底座1上的外框14，所述底座1和外框14的连接处通过密封圈2进行密封，所述外框14的顶端面开设有用玻璃进行密封的观察窗口15；所述外框14的两侧对称螺纹连接有正极导电柱12、负极导电柱11，所述正极导电柱12与负极导电柱11的一端均伸入外框14的内部、另一端分别与电源的正、负极连接。

进一步方案，还包括设于底座1下方的支撑板17，所述外框14顶端两侧分别卡设一卡箍18，所述卡箍18通过固定螺栓16与支撑板17固定连接。

为了使底座在支撑板上平稳而不产生位移，所述支撑板17的中心处开设有与所述底座1的底端相配合的卡槽19。

还包括设于观察窗口5上方的扫描电子显微镜（图中未画出），扫描电子显微镜能将电池极片的电化学反应过程时行观察并成像。

进一步方案，所述底座1的中间开设有凹槽3，所述凹槽3中水平方向依次排放有负极导电垫片4、负极压块5、负极片6、隔膜7、正极片8、正极压块9和正极导电垫片10；所述负极导电柱11伸入外框14的内部与负极导电垫片4接触；所述正极导电柱12伸入外框14的内部与正极导电垫片10接触。

进一步方案，所述正极导电柱12与负极导电柱11的一端设有外螺纹、另一端为扁平状，其扁平状的尾端便于外接电源正负极电源夹夹持。

进一步方案，所述外框14的两侧对称开设有用于连接正极导电柱12、负极导电柱11的螺纹通孔13。

进一步方案，所述底座1的顶端面和外框14的底端面均开设有用于卡放密封圈2的槽。

进一步方案，所述负极导电垫片4和正极导电垫片10均为弹性垫片，所述密封圈2为耐腐蚀材料制成的，所述外框14的材质为聚四氟乙烯，其绝缘性较好且耐电解液腐蚀；密封的观察窗口15的玻璃为蓝宝石玻璃，其透光性较好且耐电解液腐蚀。

本发明中底座与外框之间卡设有耐腐蚀的密封圈，底座与外框压紧时，密封圈被挤压，充满底座与外框上的槽，达到密封效果；正极导电柱、负极导电柱通过螺纹通孔旋进外框分别与正极导电垫片、负极导电垫片接触，从而达到导电的效果；当正、负极导电柱与电源的正负极连接通电时，放置在外框中间的正、负极片通电进行化学反应。

实施例二：

一种锂离子电池极片电化学反应过程的观察装置的观察方法，其包括以下步骤：

a、将大小一致的负极导电垫片4、负极压块5、负极片6、隔膜7、正极片8、正极压块9和正极导电垫片10依次叠放组合成测试样品，然后放入凹槽3中；

b、将电解液滴入正、负极片之间，多余的电解液从其底部渗出，留在凹槽3里；

c、使外框14上的螺纹通孔13的方向与测试样品的排布方向一致后，将外框14卡套在测试样品上，从而使测试样品位于外框14的中心处；并使外框14地底端面与底座1的顶端面通过密封圈2进行挤压密封；

d、将负极导电垫片4和正极导电垫片10分别旋入外框14上的螺纹通孔13中，并使负极导电柱11伸入外框14的内部与负极导电垫片4接触、正极导电柱12伸入外框14的内部与正极导电垫片10接触；并适度挤压正、负极导电柱，保证正、负电极片不散开；

e、将卡箍18卡放在位于观察窗口15两侧的外框14上，然后使用固定螺栓16将卡箍18固定在支撑板17上；

f、将扫描电子显微镜放置在观察窗口15的上方；

g、将电源的正、负极夹子分别夹持在正极导电柱12、负极导电柱11的尾端；开通电源后电池极片开始电化学反应，扫描电子显微镜则记录下全过程。

由上述可知，采用本发明的装置和方法可实现在较大视野下观察并记录锂离子电池极片电化学的反应过程，并记录下全过程，为测试结果提供详细的图像依据。另外，本装置结构简单，组装方式也较为便捷、安全，具有结构简单、制造成本较低，操作安全等优点。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。