专利名称：一种在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池材料性能检测装置，特别涉及一种在模拟镍-氢二次电池充放电循环测试过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法及其装置。
背景技术：
面对全球范围越来越严重的环境污染及能源危机，开发污染小而且可以再生的新能源是人类面临的紧迫任务之一，储氢合金的发现和利用以及在此基础上开发出的Ni-MH二次电池的实用化与商品化，是以水作为原材料的氢能的开发利用方面取得的重大突破。目前，用储氢材料做负极制作的Ni-MH电池已在生产、生活的各个领域获得极为广泛的应用，成为人们日常生产生活的必需品之一。随着科学技术的不断发展与进步，对二次电池需求越来越多，对产品质量的要求也越来越高，对二次电池的容量和寿命不断提出更高的要求，因此需要进一步开发出具有更高性能的储氢合金作为电池负极材料，从而获得大容量、长寿命的电池。以氢能为动力来源的电动汽车是近几年发展很快的产业之一，其中最关键的技术瓶颈是高的比能量(50Wh/kg)、高的比功率(150W/kg)的二次电池的制造，如何获得适用的储氢材料是当前研究工作的重点。储氢合金的循环工作寿命是决定材料是否具有实用价值的最关键的因素之一，在连续充放电循环过程中，合金吸氢后晶胞体积膨胀较大，易粉化，比表面随之增大，从而增大合金氧化的机会，由于储氢电极材料被氧化腐蚀，导致电极容量逐渐减小，使合金过早失去吸放氢能力，从而导致电池失效。电极的循环工作寿命通常以电极的容量降低到某一特定值时的循环次数来度量。目前，人们在分析储氢合金的循环工作寿命时，通常是根据电池的循环寿命曲线上电极容量下降到一定数值后，将储氢材料取出，通过结构测试和组织观察，判断造成材料吸放氢能力衰减的原因。这种间接的分析方法所得出的结论，往往无法真实地反映储氢电极材料在连续充放电循环过程中组织、结构以及表面状态的变化，例如(1)储氢材料在每一个循环的吸氢与放氢过程中晶格尺寸和应力是如何变化的？这是解释材料粉化原因的关键；(2)储氢电极材料是经历多少次充放电循环时开始出现明显的氧化腐蚀的，发生氧化腐蚀的程度与当时的电极容量的对应关系如何？而这正是分析导致电池失效原因的最关键而且最重要的依据。但目前还没有专门用于在测试模拟二次电池充放电循环过程的同时进行结构测试和组织分析的模拟测试方法及装置。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种操作简单、应用方便的在模拟镍-氢二次电池充放电循环测试过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现本充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法包括下述步骤在对模拟镍-氢二次电池进行充放电循环测试过程中，将X射线以一定的衍射角照射储氢合金制成的模拟电池负极片，并接收衍射信号，从而对储氢合金的组织和结构进行测试并实时分析。
所述衍射角为20°～150°。
所述实时分析是指在对模拟镍-氢二次电池进行充放电循环测试的同时，对储氢合金进行X射线衍射分析，获得储氢合金的组织、晶粒尺寸、应力状态的变化和氧化物的形成等信息，从而建立充放电循环过程中储氢合金组织结构变化与模拟镍-氢二次电池的电化学性能变化之间直接的量化关系。
实现上述方法的充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置包括储氢特性测试仪、负极片为储氢合金的模拟镍-氢二次电池，所述模拟镍-氢二次电池与储氢特性测试仪相连接，其特征在于包括X射线衍射仪，所述X射线衍射仪与所述模拟镍-氢二次电池相对设置。
所述模拟镍-氢二次电池设置在密封盒内，所述密封盒设置有X射线测试窗口，将装有模拟镍-氢二次电池的密封盒置于X射线衍射仪的样品台上，X射线透过X射线测试窗口照射在模拟镍-氢二次电池的储氢合金负极片上。
所述密封盒包括盒盖和盒体，盒盖以螺纹连接方式与盒体连接在一起，所述盒盖上设有X射线测试窗口，在X射线测试窗口上安装有铍玻璃薄片或麦拉(miller)膜；所述盒体内有一空腔，在空腔内设置有试样载板、定位调节构件，所述试样载板通过定位调节构件与盒体相连接。
所述定位调节构件包括限位片、松紧度调节组件，所述松紧度调节组件顶接于试样载板下部，限位片设置于试样载板与盒盖之间；所述松紧度调节组件与限位片配合压紧固定试样载板，并可调节试样载板与X射线测试窗口的平行度，由于试样载板的上端形成试样室，所述负极片为储氢合金的模拟镍-氢二次电池放置于试样室中，所以松紧度调节组件与限位片相配合实质可调节被测试的负极片(储氢合金)与X射线测试窗口的平行度。
所述松紧度调节组件由定位弹簧套接在定位螺杆上构成。
所述盒盖与盒体接触面设置有密封圈，以使盒盖与盒体密封连接。
所述盒体上设置有正极接线柱、负极接线柱A，正极接线柱与盒体短接，负极接线柱A与盒体绝缘，所述试样载板上设置有负极接线柱B，负极接线柱A与负极接线柱B之间用导电材料相连接；所述模拟电池由负极片(储氢合金)、隔膜纸和正极片组成的模拟电极置于盛有适量电解液的试样室中构成，其负极片与负极接线柱A、负极接线柱B相连接，正极片与正极接线柱相连接，所述正极接线柱和负极接线柱A分别和储氢特性测试仪的正极和负极相连接。
本发明相对现有技术具有如下的优点及效果本发明方法及装置通过利用X射线照射处于充放电循环测试状态的储氢合金并接收衍射信号，直接测定晶格尺寸和应力状态变化，以及电极表面氧化程度，通过上述参量与利用储氢特性测试仪测出的电极电性能参量的对比，可建立合金粉化-电极氧化-电极容量三者之间的对应关系曲线，为全面准确地分析造成储氢电极材料吸放氢能力衰减的原因和影响循环寿命的因素提供直接详实的实验依据，可对开发具有更高电极容量和更长循环寿命的储氢电极材料提供重要的技术保证。


图1是本发明装置的工作原理示意图。
图2是装有模拟二次电池的密封盒的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例图1及图2示出了本发明的具体实施方式
，由图1可见，本发明装置包括储氢特性测试仪20、装有模拟镍-氢二次电池的密封盒、X射线衍射仪16，储氢特性测试仪20与装有模拟镍-氢二次电池的密封盒相连接，所述密封盒置于X射线衍射仪16的水平样品台19上；其中储氢特性测试仪20可采用美国先进材料公司(Advanced Materials Corporation)生产的CPI型储氢特性测试仪；X射线衍射仪16可采用Philips X’Pert Pro型X射线衍射仪。
所述装有模拟镍-氢二次电池的密封盒包括盒盖4和盒体1，盒盖4以螺纹连接方式与盒体1连接在一起，在盒盖4与盒体1接触面设置有密封圈10，使盒盖4与盒体1密封连接；所述盒盖4上设有X射线测试窗口7，在X射线测试窗口7上安装有铍玻璃薄片；所述盒体1内有一空腔，在空腔内设置有试样载板3、定位调节构件，所述试样载板3通过定位调节构件与盒体1相连接，所述定位调节构件包括限位片5、松紧度调节组件，所述松紧度调节组件顶接于试样载板3下部，限位片5设置于试样载板3与盒盖4之间；所述松紧度调节组件与限位片5配合压紧固定试样载板3，并可调节试样载板3与X射线测试窗口7的平行度，由于试样载板3的上端形成试样室8，所述负极片15为储氢合金的模拟镍-氢二次电池的正、负极片放置于试样室8中，所以松紧度调节组件与限位片5相配合实质可调节被测试的负极片15(储氢合金)与X射线测试窗口7的平行度；所述松紧度调节组件由定位弹簧14套接在定位螺杆2上构成；所述盒体1上设置有正极接线柱12、负极接线柱13，正极接线柱12与盒体1短接，负极接线柱13与盒体绝缘，所述试样载板3上设置有负极接线柱11，负极接线柱11与负极接线柱13之间用导电材料相连接；所述模拟镍-氢二次电池由负极片(储氢合金)15、隔膜纸和正极片组成的模拟电极置于盛有适量电解液的试样室8中构成，其负极片15与负极接线柱11、负极接线柱13相连接，正极片与正极接线柱12相连接，所述正极接线柱12和负极接线柱13分别和储氢特性测试仪20的正极和负极相连接。
将前述装有模拟镍-氢二次电池的密封盒水平放置在X射线衍射仪16的水平样品台19上，通过对X射线衍射仪16的水平样品台19进行适当调整，使X射线发生器17发出的X射线以一定的衍射角通过密封盒的盒盖4上的X射线测试窗口7上的铍玻璃薄片，照射在模拟电池负极片15的表面，并利用测角仪18接收衍射信号，从而对负极片(储氢合金)15的组织和结构进行测试，对储氢合金的晶格尺寸、应力状态的变化，以及氧化情况进行实时分析，建立合金粉化-电极氧化-电极容量三者之间的对应关系曲线，为全面准确地分析造成储氢电极材料吸放氢能力衰减的原因和影响循环寿命的因素提供直接详实的实验依据。
权利要求
1.一种在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法，其特征在于包括下述步骤在对模拟镍-氢二次电池进行充放电循环测试过程中，将X射线以一定的衍射角照射储氢合金制成的模拟电池负极片，并接收衍射信号，对储氢合金的组织和结构进行测试并实时分析。
2.根据权利要求1所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法，其特征在于所述实时分析是指在对模拟镍-氢二次电池进行充放电循环测试的同时，对储氢合金进行X射线衍射分析，获得储氢合金的组织、晶粒尺寸、应力状态的变化和氧化情况的信息，从而建立充放电循环过程中储氢合金组织结构变化与模拟镍-氢二次电池的电化学性能变化之间直接的量化关系。
3.根据权利要求1所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法，其特征在于所述X射线衍射角为20°～150°。
4.一种在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，包括储氢特性测试仪、负极片为储氢合金的模拟镍-氢二次电池，所述模拟镍-氢二次电池与储氢特性测试仪相连接，其特征在于包括X射线衍射仪，所述X射线衍射仪与所述模拟镍-氢二次电池相对设置。
5.根据权利要求4所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述模拟镍-氢二次电池设置在密封盒内，所述密封盒设置有X射线测试窗口，所述密封盒置于X射线衍射仪的样品台上，X射线透过X射线测试窗口照射在模拟镍-氢二次电池的储氢合金负极片上。
6.根据权利要求5所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述密封盒包括盒盖和盒体，盒盖以螺纹连接方式与盒体连接在一起，所述盒盖上设有X射线测试窗口，在X射线测试窗口上安装有铍玻璃薄片或miller膜；所述盒体内有一空腔，在空腔内设置有试样载板、定位调节构件，所述试样载板通过定位调节构件与盒体相连接。
7.根据权利要求6所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述定位调节构件包括限位片、松紧度调节组件，所述松紧度调节组件顶接于试样载板下部，限位片设置于试样载板与盒盖之间；所述松紧度调节组件与限位片配合压紧固定试样载板。
8.根据权利要求7所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述松紧度调节组件由定位弹簧套接在定位螺杆上构成。
9.根据权利要求6所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述盒盖与盒体接触面设置有密封圈。
10.根据权利要求6所述的在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的装置，其特征在于所述盒体上设置有正极接线柱、负极接线柱A，正极接线柱与盒体短接，负极接线柱A与盒体绝缘，所述试样载板上设置有负极接线柱B，负极接线柱A与负极接线柱B之间用导电材料相连接；所述模拟电池由负极片、隔膜纸和正极片组成的模拟电极置于盛有适量电解液的试样室中构成，其负极片与负极接线柱A、负极接线柱B相连接，正极片与正极接线柱相连接，所述正极接线柱和负极接线柱A分别和储氢特性测试仪的正极和负极相连接。
全文摘要
本发明提供一种在充放电循环过程中同步测定储氢合金结构与组织变化的方法，包括下述步骤在对模拟镍－氢二次电池进行充放电循环测试过程中，将X射线以一定的衍射角照射储氢合金制成的模拟电池负极片，并接收衍射信号，并进行实时分析；一种实现上述方法的装置，包括储氢特性测试仪、负极片为储氢合金的模拟镍－氢二次电池、X射线衍射仪，所述模拟镍－氢二次电池与储氢特性测试仪相连接，X射线衍射仪与所述模拟镍－氢二次电池相对设置。利用本发明可以在对模拟镍－氢二次电池进行充放电循环特性测试的同时，对储氢合金的组织结构进行测试，为全面准确地分析造成储氢电极材料吸放氢能力衰减的原因和影响循环寿命的因素提供直接详实的实验依据。
文档编号G01R31/36GK1580752SQ20041002721
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月17日 优先权日2004年5月17日
发明者车晓舟 申请人:华南理工大学