用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池及其實驗方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于利用透射紅外原位研究鋰離子電池氣體產生行為的技術領域，涉及一 種能夠用于原位研究鋰離子電池在充放電過程中氣體產生行為的透射紅外電解池及其實 驗方法。
【背景技術】
[0002] 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)是重要的分子振動光譜之一，它通過紅外吸收頻率和 強度的變化能夠檢測表面吸附物種、中間產物和最終產物，從而獲得有關反應機理的重要 信息，在研究反應分子在電極表面成鍵、配位、取向、轉化等過程中發(fā)揮了獨特的作用。目前 紅外光譜技術已經廣泛應用于鋰離子二次電池的基礎研究中，有力的推動了電化學學科從 宏觀、唯像到微觀和分子水平的發(fā)展。該方法用于研究化學電源電極的電化學過程，不僅可 以深化對于相應的電極過程與反應機理的認識和理解，而且為改進現(xiàn)有化學電源的性能， 設計新的化學電源品種提供理論指導。鋰離子二次電池中的原位反射紅外光譜是指在電化 學反應過程中，用紅外光譜直接對其進行表征，獲得分子水平的反應信息。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有實驗裝置的不足，提供一種用于鋰離子電池氣體檢測 的原位透射紅外電解池及其實驗方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的： 一種用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，包括池體、紅外窗口片、正極極 片、隔膜、負極極片，池體的上下端中間位置處開孔，開孔處粘貼紅外窗口片;池體內部含有 正極極片、隔膜、負極極片，且三種片狀均在中間位置處開孔。
[0005] -種利用上述原位透射紅外電解池檢測鋰離子電池氣體的方法，包括如下步驟： 一、 將準備好的池體、紅外窗口片、正極極片、隔膜、負極極片移入氬氣手套箱中，將正 極極片、隔膜、負極極片依次放入池體中，再滴加不同的電解液組裝成不同電解液體系的透 射紅外電解池； 二、 將透射紅外電解池進行充電，在進行首次充電的同時在不同電壓下采集電解池的 氣體析出情況，得到不同電壓下的紅外譜圖； 三、 將得到的紅外譜圖由下列公式進行處理的：
其中，R(ES)和R(Er)分別為樣品電壓ES和參比電壓ER下的紅外譜，本實驗所用的參比譜 圖均為電池電壓在4.0V時所采集的紅外譜圖。
[0006] 本發(fā)明中，所述正極極片由LiCoC^LiNiuMnwC^LiMCMMiNlCc^Mn三種元素不 同比例混合)等正極材料粘結在A1箱所制成。
[0007]本發(fā)明中，所述隔膜為聚丙烯或聚乙烯薄膜。
[0008]本發(fā)明中，所述負極極片由等石墨、MCMB、娃基材料等負極材料粘結在A1箱所制成 或為金屬鋰片。
[0009]本發(fā)明中，所述池體為不銹鋼材料。
[0010] 本發(fā)明中，所述紅外窗口片為CaF2、BaF2或Ge等材料。
[0011] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 1、由于紅外窗口片及貫穿孔的存在，電解池能夠確保紅外光能夠透過整個電解池。
[0012] 2、池體上下端通過粘貼紅外窗口片使得原位紅外透射電解池內部能夠保持惰性 氣氛，確保電解池內部的充放電測試與正常情況下的扣式電池測試相一致，使得實驗所采 集的氣體析出情況與扣式電池相同。
[0013] 3、池體采用不銹鋼材料，具有良好的導電性能夠進行充放電測試。
[0014] 4、電解池在有限的空間內對鋰離子電池在充放電過程中產生的氣體實現(xiàn)了實時 監(jiān)測。
[0015] 5、本發(fā)明具有體積小、質量輕、組裝方便等優(yōu)點，非常適合與電化學質譜檢測系 統(tǒng)、傅里葉變換紅外光譜儀等設備連用，是原位研究不同電位下鋰離子電池產生氣體種類 的一種非常好的裝置，實現(xiàn)快速、高靈敏、無干擾的在線氣體檢測。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射FTIRS電解池的結構示意圖； 圖2是采用本發(fā)明用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射FTIRS電解池采集的電解液體 系為1 M LiPF6/DMC在LiCo02/Li電池中不同充電電壓下的氣體析出情況； 圖3是采用本發(fā)明用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射FTIRS電解池采集的電解液體 系為1 M LiPF6/EMC在LiCo02/Li電池中不同充電電壓下的氣體析出情況； 圖4是采用本發(fā)明用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射FTIRS電解池采集的電解液體 系為1 M LiPF6/EC+DMC(體積比為1:1)在LiNii.5Mno.5O2/Li電池中不同充電電壓下的氣體析 出情況； 圖5是采用本發(fā)明用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射FTIRS電解池采集的電解液體 系為1 M LiPF6/FEC+DMC(體積比為1:4)在LiNii.5Mno.5O2/Li電池中不同充電電壓下的氣體 析出情況。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍中。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明提供的原位透射紅外電解池由池體1、紅外窗口片2、正極極片 3、隔膜5、負極極片4構成，池體1的上下端中間位置處開孔，開孔處粘貼紅外窗口片2;池體1 內部含有正極極片3、隔膜5、負極極片4,將正極極片3、隔膜5、負極極片4依次進行組裝，且 三種片狀均在中間位置處開孔6以便于紅外光能夠透過電解池。
[0019] 下面列舉兩個本發(fā)明原位透射紅外電解池的實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0020] 實施例1: 利用正極材料LiC〇02制備的電極為研究電極，分別研究了電解液體系為1 M LiPF6/ DMC、1 M LiPF6/EMC在首次充電過程中不同電壓下的氣體產生情況。
[0021] 制作透射紅外用的扣式電池進行測試，測試條件為:恒流充電，電流密度為20mA/ g;電壓范圍3.5-5.0V。氣體紅外譜圖的采集是每間隔0.1V采集一次。圖2和圖3分別為電解 液體系為1 M LiPF6/DMC、l M LiPF6/EMC在首次充電過程中不同電壓下的氣體產生情況的 紅外譜圖。從紅外譜圖2和圖3中能夠看出當電池電壓充至4.4V以上時有氣體產生，產生的 氣體主要以C0 2為主，另外有〇14、0^4、(：2!16、(：3!1 8和〇)生成，該結果在抑制氣體的發(fā)生，改善電 池性能等方面的研究中將起到指導性的作用。
[0022] 實施例2: 利用正極材料LiNi〇. 5Mm. 5〇2制備的電極為研究電極，分別研究了電解液體系為1 Μ LiPF6/EC+DMC(體積比為1:1)、1 M LiPF6/FEC+DMC(體積比為1:4)在首次充電過程中不同電 壓下的氣體產生情況。
[0023]制作透射紅外用的扣式電池進行測試，測試條件為：恒流充電，電流密度為20mA/ g;電壓范圍3.5-5.0V。氣體紅外譜圖的采集是每間隔0.1 V采集一次。圖4和圖5為電解液體 系為1 M LiPF6/EC+DMC(體積比為1:1)、1 M LiPF6/FEC+DMC(體積比為1:4)在首次充電過程 中不同電壓下的氣體產生情況的紅外譜圖。從圖4和圖5能夠看出，電解液體系EC+DMC(體積 比為1:1)所產生的氣體量很多，而FEC+EMC(體積比為1:4)體系只有少量的氣體產生，這說 明FEC基電解液很好的抑制了電解液在高電壓的分解。
【主權項】
1. 一種用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在于所述原位透射紅 外電解池由池體、紅外窗口片、正極極片、隔膜、負極極片構成，池體的上下端中間位置處開 孔，開孔處粘貼紅外窗口片;池體內部含有正極極片、隔膜、負極極片，且=種片狀均在中間 位置處開孔。2. 根據權利要求1所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述正極極片由正極材料粘結在Al錐所制成。3. 根據權利要求2所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述正極材料為 LiCo〇2、Li 化 i.5Mn〇.5〇2 或 LiM〇2，M=化、Co、Mn。4. 根據權利要求1所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述隔膜為聚丙締或聚乙締薄膜。5. 根據權利要求1所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述負極極片由負極材料粘結在Al錐所制成或為金屬裡片。6. 根據權利要求5所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述負極材料為等石墨、MCMB或娃基材料。7. 根據權利要求1所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述池體為不誘鋼材料。8. 根據權利要求1所述的用于裡離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池，其特征在 于所述紅外窗口片為化F2、BaF2或Ge。9. 一種利用權利要求1-8任一權利要求所述的原位透射紅外電解池檢測裡離子電池氣 體的方法，其特征在于所述方法步驟如下： 一、 將準備好的池體、紅外窗口片、正極極片、隔膜、負極極片移入氣氣手套箱中，將正 極極片、隔膜、負極極片依次放入池體中，再滴加不同的電解液組裝成不同電解液體系的透 射紅外電解池； 二、 將透射紅外電解池進行充電，在進行首次充電的同時在不同電壓下采集電解池的 氣體析出情況，得到不同電壓下的紅外譜圖； S、將得到的紅外譜圖由下列公式進行處理的：其中，R巧S)和R(Er)分別為樣品電壓Es和參比電壓Er下的紅外譜。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池氣體檢測的原位透射紅外電解池及其實驗方法，所述原位透射紅外電解池由池體、紅外窗口片、正極極片、隔膜、負極極片構成，池體的上下端中間位置處開孔，開孔處粘貼紅外窗口片；池體內部含有正極極片、隔膜、負極極片，且三種片狀均在中間位置處開孔。本發(fā)明具有體積小、質量輕、組裝方便等優(yōu)點，非常適合與電化學質譜檢測系統(tǒng)、傅里葉變換紅外光譜儀等設備連用，是原位研究不同電位下鋰離子電池產生氣體種類的一種非常好的裝置，實現(xiàn)快速、高靈敏、無干擾的在線氣體檢測。
【IPC分類】G01N27/28, G01N21/3504
【公開號】CN105651723
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】高云智, 王龍, 屈云騰, 王書洋, 尹鴿平
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月30日