在线检测技术

德国EL-Cell公司的原位电池ECC-Opto-Std可用于电池材料原位充放电条件下性能的测量，并可固定于X射线衍射仪上，进行原位条件下的衍射测量，或红外测量。

技术说明

• 用于非质子电化学，具有光学窗口的2-3-电极或3-电极电池。
• 介质材料为404不锈钢、PEEK和EPDM
• 在标准的三明治夹层结构中，通过顶部的光学窗口可以观察支撑在有孔或网状集电器上的盘形工作电极材料。在默认情况下观察区的直径为2 mm（最大为10 mm）。
• 可选的并排设置允许使用支撑在连续集电极（金属箔）上的电极带作为工作电极和反电极。可以容易地从单面电极膜上切下条带。
• 在反射模式下可与光学或拉曼显微镜结合使用。提供带铍窗的X射线窗口。
• 窗户材料由光学玻璃制成的，也可选择蓝宝石、铍、聚酰亚胺和其他窗户材料。
• 通过真空（注射器）方法可以方便地清洁和填充电解质，包括所有必要的附件。
• 电解液体积可以小到0.1cm3
• 通过2mm banana接头与静电势/电池测量仪相连，提供适配接口
• 使用温度范围：-20 ~ 70 °C

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发展新型高性能、高可靠性的储能材料，是未来新型能源技术发展的要求，这对于新能源汽车和新型电子产品等领域极为重要。为进一步提高性能，解决电池使用中的实际问题，要求对电池材料的工作机理有深入的了解，也因此对材料的检测技术提出了更高的要求。只有通过提高检测技术层次，对电池材料内部结构进行深入的分析和解析，才能了解其本质并提出有效的解决方案。

常规的对电池材料的表征是将电极材料组装成纽扣电池，形成全电池或半电池，然后利用电化学测试系统进行测试，比如测量循环伏安曲线、充/放电曲线、倍率曲线等，然后通过测量结果来评价其性能，如比容量、循环稳定性、平台电压、寿命等。可是这些结果只能用来评估电池性能的优劣，对在电化学循环中发生的电化学反应机理和微结构的变化无法预测。

此外，由于充电电池的充-放电过程是一个动态的电化学反应，与诸多因素，如历史过程和边界条件有关，只有实时地观测其过程，并与相关的在线结构测量手段相结合，才能揭示机理，对电池的整体性能有个更深入的了解。

原位X射线结构和成分联合检测系统可以在充放电条件下通过X射线衍射（XRD）和荧光分析(XRF)测量储能材料单体的微结构和成分，提供原子层次的结构变化信息。

与电池充放电相关的物理和化学过程

• 变量: Mn、Co等元素的价态（电荷转移），显微组织结构（包括成分偏析、凝聚、含水成分、结晶性、取向性等），相结构（包括新相形成或原有相的消失），等等；
• 不变量：电池材料元素总体含量、种类等

电化学工作站采用Zahner公司的Zennium Pro

原位反应池模拟真实电池的使用环境，链接

衍射仪采用Bruker AXS公司的D8 ECO

优越性

• 方便：将制备众多样品，进行结构分析的过程简化对单一样品进行测量，大大简化检测过程。
• 可靠：利用同一样品，在同一区域，同一条件下测量，提取信息，减少出错几率，分析结果更加可靠。
• 有效：提供在充放电、失效条件等多种模式下实时的原位的电解质材料的结构信息。
• 扩展：可以很方便地将系统（原位反应池）扩展，模拟在极端条件下，如高温、低温、辐射环境、腐蚀等条件下的储能材料的结构特性。

可有效解决高性能储能器件测试和研发的技术瓶颈，通过定制化设计原位样品池，模拟高性能储能器件服役过程中的多物理场、复合载荷的工况，研究高性能储能器件在多物理场、复合载荷条件下各项电化学性能指标，对电池材料微观结构的变化进行评估，为各类高性能储能器件提供可靠性评估和寿命评估。同时可以通过对原位样品池的模块化、定制化、参数化设计，应用于航天或武器装备的各类高性能储能器件研发和检测，还可推广至汽车、消费电子等领域。