專利名稱：一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種原位電化學光譜測試，尤其是涉及一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置。
背景技術：
常規電化學研究方法主要是通過電信號作為檢測手段，通過測量電流、電位和電量等參數來獲得有關電極/電解質界面的結構、電極過程的機理和動力學性質。由于其高的靈敏度，可以探測到電化學界面上的亞單原子(分子)層的變化。但是，傳統電化學方法有一定的局限性，例如它無法通過分子的指紋信息表征具體的分子，無法適應深入至微觀研究的要求。在復雜的多物種體系中，常規電化學方法僅能提供電極反應的各種微觀信息的總和，難以準確地鑒別電極上的各反應物、中間物和產物，從而影響電化學反應機理的解釋。總之，傳統的電化學技術難以勝任當代電化學日益擴大和復雜化的研究對象的需要。拉曼光譜技術通過檢測分子的振動，不僅可以獲得物質組成與結構，而且可直接在反應過程中得到電極反應界面層物質的組成與結構信息。通過合理的實驗設計，拉曼光譜技術可以對電化學體系進行原位檢測分析，為深入、全面認識電極過程提供分子水平的信息。鋰硫電池是新一代高比能化學電源，但其反應機理復雜，目前對這一體系的認識尚不清晰。
發明內容
本發明的目的在于提供可以獲得硫電極充放電過程結構與組成的變化信息，便于深入理解材料的儲鋰機制和儲鋰性質，進一步設計與優化材料的一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置。本發明設有金屬池體上蓋、絕緣不導電池體下蓋、工作電極接線柱、雙O型圈、彈簧、電池；所述金屬池體上蓋中間鏤空并以石英玻璃作為窗片，金屬池體上蓋通過工作電極接線柱與電化學測試儀器的工作電極相連接；所述絕緣不導電池體下蓋內部留有空腔，作為對電極導線的彈簧設在空腔內，電池設在彈簧頂部，金屬池體上蓋和絕緣不導電池體下蓋通過雙O型圈密封形成一封閉電解池體系。所述電池可采用扣式電池。本發明的突出優點和技術效果可歸納如下:I)本發明不同于傳統電化學拉曼測試體系，它可以測試電化學反應物種在非水體系中發生電化學反應時實時檢測其中間物種的變化以及確定種類。2)本發明克服了傳統電化學拉曼測試體系用于非水體系繁瑣的裝置結構，可以保證電化學反應物種在極少量的電解液中發生良好的電化學反應并獲得良好的拉曼檢測信號。3)本發明的金屬池體部分和絕緣池體部分的密封方式采用雙O型圈螺旋密封，可以達到無水無氧體系電化學反應所需的條件。
4)采用扣式電池結構的設計，將工作電極和對電極局限在有限空間內，工作電極和對電極之間用絕緣隔膜隔開，扣式電池結構中加入有限的電解液，從而可以達到薄液層反應的順利進行。
圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。圖2為本發明實施例在鋰硫電池中的充放電曲線。在圖2中，橫坐標為放電比容量Specific capacity/mAh g_S縱坐標為電壓Voltage/V ;曲線a為理論曲線，曲線b為實際曲線。圖3為本發明實施例的鋰硫電池放電過程中拉曼光譜圖。在圖3中，橫坐標為拉曼位移 Raman shift/cm-1 ；曲線 a 為 2.35V, b 為 2.36V, c 為 2.38V, d 為 2.45V。圖4為本發明實施例的鋰硫電池充電過程中拉曼光譜圖。在圖4中，橫坐標為拉曼位移 Raman shift/cm-1 ；曲線 a 為 2.61V，b 為 2.36V, c 為 2.33V, d 為 2.31V，e 為 2.26V,f 為 2.25V。
具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例1參見圖1，本發明實施例設有金屬池體上蓋2、絕緣不導電池體下蓋4、工作電極接線柱3、雙O型圈5、彈簧6、扣式電池7 ;所述金屬池體上蓋2中間鏤空并以石英玻璃I作為窗片，金屬池體上蓋2通過工作電極接線柱3與電化學測試儀器的工作電極相連接；所述絕緣不導電池體下蓋4內部留有空腔41，作為對電極導線的彈簧6設在空腔41內，扣式電池7設在彈簧6頂部，金屬池體上蓋2和絕緣不導電池體下蓋4通過雙O型圈5密封形成一封閉電解池體系。將所要測定的硫活性物質與導電劑、粘結劑通過一定比較混合、球磨調漿，然后涂覆于金屬不銹鋼網上。將涂有活性物質硫的工作電極一面與隔膜、金屬鋰對電極和電解液層疊一起封裝進扣式電池7中，扣式電池7的工作電極一側有一窗口。將扣式電池7放入光譜裝置池體內腔中，通過彈簧4使其緊貼于金屬池體上蓋2。通過原位電化學拉曼光譜測試裝置上下池體的工作電極接線柱3和彈簧4對電極接線柱與電化學工作站相連接進行電化學性能測試，并在此過程中原位采集拉曼信號。圖2給出該原位電化學拉曼光譜測試裝置用于測試硫正極的放充放電工作曲線。可以看出該原位電化學拉曼光譜測試裝置可以實現硫的放電比容量高達1380mAh/g，接近于硫的理論放電比容量(1675mAh/g)，說明該裝置可以實現電化學反應物種發生良好的電化學反應。圖3為以硫作為工作電極時，該原位電化學拉曼光譜測試裝置所獲得的放電過程中拉曼光譜信號，可以明顯看出隨著電位的變化，拉曼位移也發生變化，通過拉曼位移的變化從而判定電化學反應過程中的中間物種。圖4為以硫作為工作電極時，該原位電化學拉曼光譜測試裝置所獲得的充電電過程中拉曼光譜信號，可以明顯看出隨著電位的變化，拉曼位移也發生變化，通過拉曼位移的變化從而判定電化學反應過程中的中間物種。所述金屬導體網的功能為收集電極反應時產生的電流，材料為電子良導體(例如金屬網材料或碳網材料)。所述鋰離子電池活性物質可為正極材料和負極材料，正極活性材料可選自硫、亞磷酸鐵鋰(LiFeP04)、鈷酸鋰(LiCo02)、錳酸鋰(LiMn204)、三元材料等中的至少一種，負極可選自碳、金屬鋰、氧化物、鈦酸鋰、金屬合金等中的至少一種。所述導電劑可選自碳材料、導電聚合物等。所述電解液可選自非水(有機)溶液、無機熔融鹽或有機熔融鹽等。所述隔離膜可選自多孔膜、均相陰離子交換膜、非均相陰離子交換膜、均相陽離子交換膜、非均相陽離子交換膜等中的一種；所述隔離膜的厚度可為2 0.01mm。所述隔離膜具有阻隔正極電極和負極電極的能力，同時允許電解質溶液的離子順利通過。
權利要求
1.一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置，其特征在于設有金屬池體上蓋、絕緣不導電池體下蓋、工作電極接線柱、雙O型圈、彈簧、電池；所述金屬池體上蓋中間鏤空并以石英玻璃作為窗片，金屬池體上蓋通過工作電極接線柱與電化學測試儀器的工作電極相連接；所述絕緣不導電池體下蓋內部留有空腔，作為對電極導線的彈簧設在空腔內，電池設在彈簧頂部，金屬池體上蓋和絕緣不導電池體下蓋通過雙O型圈密封形成一封閉電解池體系。
2.如權利要求1所述一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置，其特征在于所述電池采用扣式電池。
全文摘要
一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置，涉及一種原位電化學光譜測試。提供可以獲得硫電極充放電過程結構與組成的變化信息，便于深入理解材料的儲鋰機制和儲鋰性質，進一步設計與優化材料的一種用于非水體系的原位電化學-拉曼聯用測試裝置。設有金屬池體上蓋、絕緣不導電池體下蓋、工作電極接線柱、雙O型圈、彈簧、電池；所述金屬池體上蓋中間鏤空并以石英玻璃作為窗片，金屬池體上蓋通過工作電極接線柱與電化學測試儀器的工作電極相連接；所述絕緣不導電池體下蓋內部留有空腔，作為對電極導線的彈簧設在空腔內，電池設在彈簧頂部，金屬池體上蓋和絕緣不導電池體下蓋通過雙O型圈密封形成一封閉電解池體系。
文檔編號G01N21/65GK103149192SQ20131005815
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者董全峰, 陳嘉嘉, 任斌, 鄭明森 申請人:廈門大學