專利名稱：電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光譜池，特別是涉及一種電化學與光學聯(lián)用的原位檢測電化學反應(yīng)過程中電極固液界面分子行為的光譜池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池在首次及前幾次的充放電過程中，負極表面會形成一層鈍化膜，稱之為SEI膜。SEI膜可以讓鋰離子通過，卻不能讓電子通過，可以阻止溶劑分子在電極表面的進一步嵌入，從而對提高鋰離子電池的循環(huán)性能、倍率性能、可逆容量以及安全性能都有十分重要的作用。由于SEI膜對鋰離子電池有非常重要的作用，已經(jīng)越來越引起人們的關(guān)注。雖然人們已經(jīng)對SEI膜進行了大量的研究，但大多數(shù)的研究都是非在線的，非在線的研究方法有如下缺點1.由于SEI膜組成與結(jié)構(gòu)對環(huán)境的敏感性，不能準確反映電極反應(yīng)過程中甚至是結(jié)束后SEI膜的原位狀態(tài)。2.即使能反映SEI膜的最終組成，但不能反映電極過程中電極界面SEI膜的具體形成過程和動態(tài)演變機理。3.無法獲得電極反應(yīng)過程中溶液一側(cè)的界面微觀信息，如雙電層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和分子行為，及其與SEI膜形成和演變的相互關(guān)系。4.無法解析電極界面微觀行為與電極過程動力學和熱力學宏觀參數(shù)的相互影響機制。所以，在線研究鋰離子電池負極表面SEI膜的形成機理是當前SEI膜研究的熱點，只有采用在線研究的方法，才能深入解析電極在不同工作狀態(tài)下(如電極電位、電流密度、工作溫度、過充和過放等)電極反應(yīng)中的微觀過程，明確地調(diào)控SEI膜、雙電層等界面結(jié)構(gòu)，認識電池性能的宏觀差別的微觀機理，打破宏觀層面認識的局限性，為高效地提高電池性能提供新的理論指導。中國科學院化學研究所提出一種原位薄層光譜電化學反應(yīng)池，采用半圓柱形氟化鈣晶體作為窗片，可以適應(yīng)多個入射光角度，同時通過螺紋對工作電極的調(diào)節(jié)，使得窗片與工作電極之間的距離減小到8微米左右，極大地減少了溶液對光譜信號的吸收，可以有效地對電化學體系進行原位的光譜表征(CN 102539328A)，但是這樣溶液仍會對光譜信號產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能避免溶液對光譜信號的吸收的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池，包括池體、半圓柱形晶體透光窗片、樣品臺和參比電極，所述的半圓柱形晶體透光窗片的底平面鍍有一層厚度為納米級的活性物質(zhì)薄膜作為工作電極，所述的樣品臺設(shè)于與所述的工作電極相對的所述的池體的底部，所述的參比電極通過導電膠固定在所述的樣品臺上與所述的工作電極相對設(shè)置。所述的工作電極的材質(zhì)采用ZnS、S1、SnS2中的一種，既可以滿足鋰離子的脫嵌，又有利于光線的透過，避免溶液對光譜信號的吸收。所述的工作電極的厚度為50納米 100納米。所述的半圓柱形晶體透光窗片的材質(zhì)米用Si02、CaF2、Al203中的一種，電化學光學聯(lián)用原位研究過程中，既有利于光線的透過，又可以作為電化學反應(yīng)中工作電極的集流體。所述的樣品臺采用樣品臺緊固螺栓設(shè)于與所述的工作電極相對的所述的池體的底部。所述的參比電極通過所述的樣品臺緊固螺栓引出有導線，所述的池體上設(shè)有導線引出口。所述的樣品臺的高度可通過采用不同規(guī)格樣品臺的方法調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)電化學反應(yīng)正負極片之間的距離。上述的光譜池中，所述池體上有進液口與出液口，以便通過電解質(zhì)的流動更新來維持電解質(zhì)組分的穩(wěn)定。所述的樣品臺采用不銹鋼制成，參比電極可以通過導電膠與樣品臺固定，然后通過緊固螺栓引出導線，工作電極也引出導線，從而光譜池可以與電化學工作站聯(lián)用。采用上述技術(shù)方案的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池，工作原理是以固定在樣品臺上的電極作為對電極和參比電極，以鍍在半圓柱形晶體透光窗片底平面的活性物質(zhì)作為工作電極，通過將透光窗片與樣品臺上的導線與電化學工作站相連，模擬出電池工作體系，再通過透光窗片對固液界面進行原位光譜表征。本發(fā)明同樣采用半圓柱形晶體作為透光窗片，但是采用薄層活性物質(zhì)作為工作電極，并且將活性物質(zhì)直接鍍在半圓柱形晶體透光窗片的底平面上，厚度僅為納米級，這樣在用光譜表征時就完全避免了溶液對光譜信號的吸收，并且可從樣品臺緊固螺栓和半圓柱形晶體透光窗片引出導線，從而實現(xiàn)光譜池與電化學工作站聯(lián)用，可以更加有效地對電化學體系進行原位光譜表征。綜上所述，本發(fā)明是一種具有光譜檢測窗口的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池，通過半圓柱形晶體透光窗片以及薄層電極的設(shè)計，可用于測量電化學反應(yīng)中電極界面(固/液界面)的光譜響應(yīng)，并可避免溶液對光譜信號的吸收，通過對光譜響應(yīng)進行解析，可掌握界面分子層的微觀信息。


圖1為本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，半圓柱形晶體透光窗片I的材質(zhì)采用Si02、CaF2, Al2O3中的一種，半圓柱形晶體透光窗片I與池體5采用池蓋11和池體緊固螺栓2、第一橡膠密封圈3連接，池體5設(shè)有進液口 4和出液口 10，半圓柱形晶體透光窗片I的底平面鍍有一層活性物質(zhì)薄膜作為工作電極12，作為工作電極12的活性物質(zhì)薄膜的材質(zhì)采用ZnS、S1、SnS2中的一種，工作電極12的厚度為50納米 100納米，工作電極12引出有導線，樣品臺8采用不銹鋼制成，樣品臺8設(shè)有多種高度規(guī)格，樣品臺8采用樣品臺緊固螺栓7設(shè)于與工作電極12相對的池體5的底部，池體5與樣品臺8之間有第二橡膠密封圈13，密封參比電極9通過導電膠固定在樣品臺8上與工作電極12相對設(shè)置，參比電極9通過樣品臺緊固螺栓7引出有導線，池體5上設(shè)有導線引出口 6。下面通過實施例進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明不僅限于所述實施例。實施例1 :如圖1所示，采用鋰片作為參比電極9和對電極，通過導電膠固定在樣品臺8上，采用SiO2晶體作為工作電極集流體和半圓柱形晶體透光窗片1，在SiO2晶體的半圓柱形晶體透光窗片I底平面表面鍍一層活性物質(zhì)SnS2薄膜(厚度為100納米)作為工作電極12，并把活性物質(zhì)SnS2薄膜層朝下蓋在池體5上，然后固定。工作電極12(即活性物質(zhì)SnS2薄膜層)通過導電膠接出導線，參比電極9通過樣品臺緊固螺栓7接出導線，兩個電極都通過導線與電化學工作站連接。調(diào)整光路，使得光譜測試儀的入射光線照在池蓋中央的半圓柱形晶體透光窗片I中心位置，經(jīng)過反射，光線被光譜測試儀接收器接收。實施例2 采用鋰片作為參比電極9和對電極，通過導電膠固定在樣品臺8上，采用Al2O3晶體作為工作電極集流體和半圓柱形晶體透光窗片1，在Al2O3晶體的半圓柱形晶體透光窗片I的底平面表面鍍一層活性物質(zhì)ZnS薄膜(厚度為50納米)作為工作電極12，并把活性物質(zhì)ZnS薄膜層朝下蓋在池體5上，然后固定。工作電極12 (即活性物質(zhì)ZnS薄膜層)通過導電膠接出導線，參比電極9通過樣品臺緊固螺栓7接出導線，兩個電極都通過導線與電化學工作站連接。調(diào)整光路，經(jīng)過反射，使得光譜測試儀的入射光線照在池蓋5中央的半圓柱形晶體透光窗片I中心位置，光線被光譜測試儀接收器接收。實施例3 采用鋰片作為參比電極9和對電極，通過導電膠固定在樣品臺8上，采用CaF2晶體作為工作電極集流體和半圓柱形晶體透光窗片1，在CaF2晶體的半圓柱形晶體透光窗片I的底平面表面鍍一層活性物質(zhì)Si薄膜(厚度為80納米)作為工作電極12，并把活性物質(zhì)Si薄膜層朝下蓋在池體5上，然后固定。工作電極12 (即活性物質(zhì)Si薄膜層)通過導電膠接出導線，參比電極9通過樣品臺緊固螺栓7接出導線，兩個電極都通過導線與電化學工作站連接。調(diào)整光路，使得光譜測試儀的入射光線以15°角度照在池蓋5中央的半圓柱形晶體透光窗片I上，經(jīng)過反射，光線被光譜測試儀接收器接收。
權(quán)利要求
1.一種電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池，包括池體(5)、半圓柱形晶體透光窗片(I)、樣品臺(8)和參比電極(9)，其特征是所述的半圓柱形晶體透光窗片(I)的底平面鍍有一層厚度為納米級的活性物質(zhì)薄膜作為工作電極(12)，所述的樣品臺(8)設(shè)于與所述的工作電極(12)相對的所述的池體(5)的底部，所述的參比電極(9)通過導電膠固定在所述的樣品臺(8)上與所述的工作電極(12)相對設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的工作電極(12)的材質(zhì)采用ZnS, Si, SnS2中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的工作電極(12)的厚度為50納米 100納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的半圓柱形晶體透光窗片⑴的材質(zhì)采用Si02、CaF2、Al2O3中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的樣品臺(8)采用樣品臺緊固螺栓(7)設(shè)于與所述的工作電極(12)相對的所述的池體(5)的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的參比電極(9)通過所述的樣品臺緊固螺栓(7)引出有導線，所述的池體(5)上設(shè)有導線引出口(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的樣品臺(8)采用不銹鋼制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池其特征是所述的樣品臺(8)設(shè)有多種高度規(guī)格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學光學聯(lián)用原位研究光譜池，包括池體(5)、半圓柱形晶體透光窗片(1)、樣品臺(8)和參比電極(9)，所述的半圓柱形晶體透光窗片(1)的底平面鍍有一層厚度為納米級的活性物質(zhì)薄膜作為工作電極(12)，所述的工作電極(12)引出有導線，所述的樣品臺(8)設(shè)于與所述的工作電極(12)相對的所述的池體(5)的底部，所述的參比電極(9)通過導電膠固定在所述的樣品臺(8)上與所述的工作電極(12)相對設(shè)置，所述的參比電極(9)引出有導線。本發(fā)明能避免溶液對光譜信號的吸收，可模擬真實的電化學反應(yīng)，可與光譜檢測儀聯(lián)用,入射光線能夠從較小角度(15°)開始連續(xù)可調(diào)，池體中的液體可流動更新。
文檔編號G01N21/25GK103033474SQ20121052779
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者劉晉, 姚和華, 袁長福, 李劼 申請人:中南大學