置的新颖性和实用性体现在如下几个方面:
[0025]1)上盖使用高透光性的JGS1石英玻璃，满足在电化学现场测量(充放电循环测量、循环伏安测量等)时同步进行光学现场测量的透光性要求；
[0026]2)本发明研究电极压片可自由移动，电极极片的厚度可自由调整，以满足不同测试结果所需的基底和约束条件；
[0027]3)本发明通过电极压片放置方式，可实现对极片横截面的观测，实现对于锂离子的扩散进程以及集流体与基底的界面状况的原位监测，并且采用简单光路测量极片的弯曲大变形等；
[0028]4)固定电极内衬套底部的两段导电圆环之间不接触，从而可分别对两电极导电；
[0029]5)本发明电池上下盖均使用尼龙材料，电池轻便且内阻低
【附图说明】
[0030]图1是电化学电池装置主要部件图；
[0031 ]图2(a)是电化学电池装置剖面图；
[0032]图2(b)是电化学电池俯视图——电极结构；
[0033]图3是电化学电池的典型工作曲线；
[0034]图4(a)是电化学电池正面实物图；
[0035]图4(b)是电化学电池侧面实物图；
[0036]图4(c)是电化学电池极片变形实物图；
[0037]1 一电池上盖，2—电池下盖，3—石英光学窗口，4一固定电极内衬套，5—电极部分，6—注液孔，7—气室，8—研究电极压片，9 一对电极压片，10—0型圈，11、11’ 一研究电极导电螺丝，12—研究电极导电圆环，13、13’、13” 一对电极导电螺丝，14 一对电极导电圆环，15—外部研究电极导电螺丝，16—外部对电极导电螺丝，17—内部研究电极导电螺丝，18—研究电极，19一隔膜，20—对电极。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明:
[0039]如图1所示:电化学电池部件包括:电池上盖、石英窗口、固定电极内衬套、导电圆环、电极压片和电池下盖。电池上盖、下盖、固定电极内衬套均为尼龙材料，石英窗口采用高透光率的JGS1石英玻璃，电极压片、导电圆环、导电螺丝的等均采用铜材料。
[0040]位于电池上盖中心的石英窗口采用JGS1高透光性石英玻璃，用环氧树脂粘在电池上盖(1)的窗口处(3)，满足光学测量的透光性要求。石英光学窗口的位置低于电池上盖注液口底部位置，使电池上盖内部形成环形的气室，且气室靠近石英窗口一侧设计呈圆锥形，如图1、图2a所示，不会遮挡光路。
[0041 ]本发明的电池包括电池上盖、电池下盖、石英光学窗口、固定电极内衬套、电极部分和导电连接部分，其特征是:电极部分(5)由研究电极(18 )、隔膜(19)和对电极(20)三部分组成，并且电极横截面与石英窗口平行排布;对电极压片(9)固定在固定电极内衬套(4)的开口槽处；电极部分(5)设置在对电极压片(9)和研究电极压片(8)之间，且对电极(20)在对电极压片(9) 一侧，研究电极(18)在研究电极压片(8)—侧。
[0042]将研究电极导电圆环(12)嵌入固定电极内衬套(4)底部的环形槽内，用研究电极导电螺丝(11、11’)将两者固定并接触导电；将对电极导电圆环(14)嵌入固定电极内衬套
(4)底部的环形槽内，用对电极导电螺丝(13、13’、13”)同时将对电极压片(9)和对电极导电圆环(14)固定并接触导电;两部分导电圆环之间存在一定间隙，从而使两者不接触短路。
[0043]电极部分(5)，包括研究电极、隔膜、对电极，先将对电极(20)放入固定电极内衬套内靠近对电极压片(9) 一边，然后依次放入隔膜(19)、研究电极(18)，最后放入研究电极压片(8)，并且电极的横截面与窗口平行。通过内部研究电极导电螺丝(17)将研究电极压片
(8)向对电极(20)方向挤压，使得各部分紧密接触完成极片的固定，通过导线将内部研究电极导电螺丝(17)与研究电极导电螺丝(11、11’)接触通电，完成了研究电极部分的内部导电:对电极通过对电极压片(9)、对电极导电螺丝(13、13’、13”)、对电极导电圆环(14)导通电流;研究电极通过研究电极压片(8)、内部研究电极导电螺丝(17)、导线、研究电极导电螺丝(11、11’)、研究电极导电圆环(12)导通电流;将上述装配好的固定电极内衬套、电极部分、导电部分整体嵌入电池上盖，再与带密封圈的电池下盖拧紧。
[0044]最后，外部研究电极导电螺丝(15 )、外部对电极导电螺丝(16)分别从电池下盖底部的孔插入拧紧与研究电极导电圆环(12)、对电极导电圆环(14)完好接触，完成最后一步与外部仪器的导电接通；由注液口(6)注入电解液，直到平放和立放时，整个空腔内均充满电解液，石英窗口下方不存在任何气泡;然后将注液口用加0型圈的螺丝，拧紧密封。
[0045]本发明电化学电池装置实物效果见本发明附图4a、4b所示，下方通过支架将其立着摆放，以便于弯曲变形的测量，图片上部可见石英光学窗口和两个注液口，正负极导线由电池下部引出。
[0046]电化学电池的典型工作曲线见附图3。研究电极和对电极分别为刮浆法制备的硅复合电极和锂箔电极，多孔聚丙烯膜(Celgard 2000)作隔膜。电解液为金牛电源材料有限公司市售lmol/L六氟磷酸锂/碳酸乙烯酯+碳酸二乙酯(体积比1:1，)。电池的电化学性能测试在武汉金诺电子有限公司CT2001A电池测试仪上进行，0.25倍率充放电循环，图中数据为电化学电池第2次和第3次的充放电过程中电化学电池电压值随时间的变化，可以看出电池良好的充放电工作效果。在电池进行电化学测试时，通过光学窗口可以即时实现极片横截面观测、极片界面脱粘情况的观测以及弯曲变形的测量。
【主权项】
1.一种原位光力学测量的立式电化学电池装置;包括电池上盖、电池下盖、石英光学窗口、固定电极内衬套、电极部分和导电连接部分，其特征是:位于固定电极内衬套底部的两段导电圆环之间设置有间隙，分别为两电极导通电流；电极部分由研究电极、隔膜和对电极三部分组成，并且电极横截面与石英窗口平行排布;对电极压片固定在固定电极内衬套的开口槽处；电极部分设置在对电极压片和研究电极压片之间，且对电极在对电极压片一侧，研究电极在研究电极压片一侧，通过可移动的研究电极压片将电极部分压紧并各自接触导电。
【专利摘要】本发明涉及一种原位光力学测量的立式电化学电池装置。包括电池上盖、电池下盖、石英光学窗口、固定电极内衬套、电极部分和导电连接部分，其特征是：电极部分由研究电极、隔膜和对电极三部分组成，并且电极横截面与石英窗口平行排布；对电极压片固定在固定电极内衬套的开口槽处；电极部分设置在对电极压片和研究电极压片之间，且对电极在对电极压片一侧，研究电极在研究电极压片一侧。本发明通过电极压片放置方式，可实现对极片横截面的观测，实现对于锂离子的扩散进程以及集流体与基底的界面状况的原位监测，且可移动的电极压片能满足不同测试所需的基底和约束条件。
【IPC分类】G01R31/36, G01N27/30, G01B11/16
【公开号】CN105445347
【申请号】CN201510889839
【发明人】亢一澜, 谢海妹, 宋海滨, 田建华
【申请人】天津大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月5日