[发明专利]一种用于同步辐射XAS和XRD原位电池阵列自动化测试装置

说明书

一种用于同步辐射XAS和XRD原位电池阵列自动化测试装置，包括数控桁架和电池模具阵列架；电池模具阵列架包括多样品台夹具和支架，多样品台夹具通过支架连接数控桁架，数控桁架带动多样品台夹具移动；多样品台夹具包括上盖和下板，上盖和下板铰接，下板的正面开有多个样品槽，上盖的背面开有多个凹槽，凹槽的底部和样品槽的底部均开有X射线通光孔；样品槽的底部设有负极金属垫片，凹槽的底部设有正极金属垫片。采用这种结构后，可将电池模具安装于样品槽中，把上盖和下板合上后，可对多个样品进行测试，不需要逐个安装，提高同步辐射光源测试效率，属于同步辐射装置领域。

技术领域

本发明涉及电池测试装置领域，具体涉及一种用于同步辐射XAS和XRD原位电池阵列自动化测试装置。

背景技术

二次离子电池(例如锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池)以及锌空气电池、锂空气电池、铝空气电池、镁空气电池等金属空气电池，为能源存储提供了重要的解决方案。锂离子电池电极材料的比容量依赖于其组成成分及材料结构，其电池性能与充放电过程材料的结构演化、离子及电子输运及电荷转移紧密相关。通过这些微观信息有利于系统地研究材料的组成-结构-性能之间的构效关系，深入了解电极材料的储能机理、优化材料组分、调节材料结构，这对新型高性能的电极材料的开发具有指导性意义。

同步辐射X射线表征方法因其高强度、高光通量、高单色性及分辨率成为不可替代的研究工具。利用同步辐射技术可以获得锂离子电池电极材料结构物性、形成过程及电池充放电过程中电化学反应机理(包括体相结构演变、过渡金属离子氧化态及局域结构变化等)的详细信息。而其中，基于同步辐射原位XAS技术，在电化学反应的真实环境下，能实现对电极材料的晶体结构、元素价态、及微区结构进行表征。通过同步辐射XAS表征技术可用获得极其丰富的材料电子结构和配位结构信息，这一表征技术有助于研究人员分析锂电池电极材料在充放电过程中伴随的过渡金属离子的价态变化及体相结构变化。以常见的三元电池材料为例，利用同步辐射XAS技术，可以测量不同充电状态下的过渡金属元素的价态变化，进而了解电池电化学反应的动态变化过程。因此同步辐射XAS技术在锂离子电池材料的结构及机理研究中得到了广泛应用。

然而同步辐射光源运行成本极高，光源测试机时宝贵。而电池的充放电测试通常需要耗费大量的光源机时，因此，提高测试效率尤为重要。

目前在国内的同步辐射XAS束线站上，人工化测试样品的方式效率低而且费时，尚没有批量化测试的自动化装备。目前用于电池原位XAS和XRD测试的电池模具已较为成熟，如公布号为CN112485275A的中国发明申请公开了一种离子电池测试部件，设置在X射线吸收光谱仪的样品台中，用于在离子电池的充放电过程中，对其进行原位XAS与质谱分析的联合测试，但如果将其设置于常规的样品台中，测试多个样品需逐一连接，效率低且费时。

因此，需要开发一种可以实现多样品自动切换测试的样品台，提高电池原位XAS和XRD测试的效率。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种测试效率较高的用于同步辐射XAS和XRD原位电池阵列自动化测试装置。本装置可用于同步辐射光源的实验站，减少人力成本，提高同步辐射光源实验站的机械化和自动化程度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于同步辐射XAS和XRD原位电池阵列自动化测试装置，包括数控桁架和电池模具阵列架；电池模具阵列架包括多样品台夹具和支架，多样品台夹具通过支架连接数控桁架，数控桁架带动多样品台夹具移动；多样品台夹具包括上盖和下板，上盖和下板铰接，下板的正面开有多个样品槽，上盖的背面开有多个凹槽，凹槽的底部和样品槽的底部均开有X射线通光孔；样品槽的底部设有负极金属垫片，凹槽的底部设有正极金属垫片。采用这种结构后，可将电池模具安装于样品槽中，把上盖和下板合上后，可对多个样品进行测试，不需要逐个安装，提高测试效率。

作为一种优选，样品槽的上表面边缘设有环形的凸台，凸台上开有两个缺口，缺口的深度与凸台的高度相同。采用这种结构后，电池模具上的凸出的螺丝可卡入缺口中，使电池模具固定，不易旋转。