一种用于电化学微分质谱原位测试的气体管路

技术领域

本发明涉及电化学分析技术领域，特别是涉及一种用于电化学微分质谱原位测试的气体管路。

背景技术

在电池工作过程中电极界面较易发生不可逆反应，释放可燃性气体，例如甲烷、乙烯、氢气等，导致电池失效甚至起火爆炸，存在安全问题。为了解决这一问题，对电池产气进行在线实时分析，研究电极界面反应产气的机制就显得尤为重要。

微分电化学质谱作为一种重要的在线电化学分析技术，可以原位定性和定量研究电池电极界面气态产物的消耗和释放情况，进而推断电化学反应机理及动力学参数，成为在研究电极界面反应中一种非常有效的分析方法。

在电化学质谱的吹扫进样方式中，将电池通过管路连接到质谱，通过载气将需要分析的气体送入质谱。在这一过程中，极易将外界环境中的气体带入测试中来，这样就使得测试过程中测试背底较大，测试信号被背底信号掩盖，导致测试效果不佳。在通常情况下，为了减少外界气体对测试结果的干扰，就采用载气通入电池测试装置一定时间后，再让电池开始工作，进而开始测试这一过程。虽然这一过程中，可以一定程度上减轻背景噪声，但是这个过程又会带来新的问题：一、电池内电解液的溶剂大多为有机溶剂，易挥发，长时间载气通入，使得电解液组分减少，给电池测试过程带来不必要的影响，随载气挥发的电解液也可能会阻塞测试气路，影响测试；二、将外界气体随载气直接通入电池测试装置中，外界气体中的成分可能与电池正负极材料发生化学反应，在随后的测试过程中产生副反应，给测试结果带来不必要的干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电化学微分质谱原位测试的气体管路，避免外界气体的引入对测试结果的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于电化学微分质谱原位测试的气体管路，包括第一三通阀和第二三通阀；所述第一三通阀的第一端与气源装置相连，第二端与第二气阀的第一端相连，第三端与第一气阀的第一端相连；所述第二三通阀的第一端与质谱原位测试装置相连，第二端与第三气阀的第一端相连，第三端与所述第一气阀的第二端相连；所述第二气阀的第二端与电池测试装置的进气阀相连，所述第三气阀的第二端与所述电池测试装置的排气阀相连。

进行排气工作时，开启所述第一气阀、所述第二气阀和所述第三气阀，同时关闭所述进气阀和所述排气阀，所述气源装置通入载气，通过所述载气流动带来的压强差，利用伯努利原理迫使外界气体随所述载气流动而排出；在进行电化学微分质谱原位测试时，关闭所述第一气阀，开启所述第二气阀、所述第三气阀、所述进气阀和所述排气阀，使得所述气源装置通入的载气依次经过所述第一三通阀、所述第二气阀、所述进气阀、测试电池、所述排气阀、所述第三气阀、所述第二三通阀流动至所述质谱原位测试装置。

所述气源装置包括气源和总阀门，所述气源的输出端通过第一管路与所述第一三通阀的第一端相连，所述第一管路上设置有所述总阀门。

所述质谱原位测试装置包括质谱分析仪和U型冷凝管；所述质谱分析仪通过第二管路与所述所述第二三通阀的第一端相连，所述第二管路上设置有所述U型冷凝管。

所述电池测试装置整体密封。

所述第一三通阀、第二三通阀、第一气阀、第二气阀和第三气阀均采用不锈钢材质制成。

所述第一气阀、第二气阀和第三气阀为电磁阀或手动切换阀。

所述气体管路的材质为聚四氟乙烯，直径为1/16英寸。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在使用时，通过利用伯努利原理，将电池测试装置接入测试体系过程中带入的外界气体排走，即能够有效的降低由于外界气体引入而产生的较高的测试背底，提升测试结果准确性。同时，使用设计的气体管路后能够有效的减少测试电池在静置过程中需要载气通入的时间，降低载气通入时间及载气不纯对测试电池的影响。本发明所需器件较少，操作相对简单，适合应用于电化学微分质谱原位测试中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明应用时的结构示意图；

图中，1-气源，2-总阀门，3-第一三通阀，4-第一气阀，5-第二三通阀，6-第二气阀，7-第三气阀，8-进气阀，9-排气阀，10-测试电池，11-电池测试装置外壳，12-电化学测试系统，13-U型冷凝管，14-质谱分析仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种用于电化学微分质谱原位测试的气体管路，包括第一三通阀和第二三通阀；所述第一三通阀的第一端与气源装置相连，第二端与第二气阀的第一端相连，第三端与第一气阀的第一端相连；所述第二三通阀的第一端与质谱原位测试装置相连，第二端与第三气阀的第一端相连，第三端与所述第一气阀的第二端相连；所述第二气阀的第二端与电池测试装置的进气阀相连，所述第三气阀的第二端与所述电池测试装置的排气阀相连。

如图1所示，本实施方式的设计是基于流体力学中伯努利原理进行的。按照气体流动方向，依次使第一三通阀3的第三端与第一气阀4的第一端通过气体导管相连，第二端与第二气阀6的第一端通过气体导管相连，第三端为载气进入端口，与气源装置相连；第二三通阀5的第三端与第一气阀4的第二端通过气体导管相连，第二端与第三气阀7的第一端通过气体导管相连，第一端为载气流出端口，与质谱原位测试装置相连。

本实施方式中气源装置包括气源1和总阀门2，所述气源1的输出端通过第一管路与所述第一三通阀3的第一端相连，所述第一管路上设置有所述总阀门2，通过控制总阀门2可以实现对载气通入与否进行控制。本实施方式中的质谱原位测试装置包括质谱分析仪14和U型冷凝管13；所述质谱分析仪14通过第二管路与所述所述第二三通阀5的第一端相连，所述第二管路上设置有所述U型冷凝管13。本实施方式中的电池测试装置的外壳11整体为密封的，该电池测试装置的装配过程中在充氩手套箱内完成，使用时需要与电化学测试系统12相连。

如图2所示，本实施方式提供的用于电化学微分质谱原位测试的气体管路在测试体系中，是安装在气源装置、电池测试装置和质谱原位测试装置三者之间的。即第一三通阀3用于载气进入的端口(即第一端)与气源装置的总阀门2通过气体导管相连，而总阀门2与气源1通过气体导管(即第一管路)相连通，这样使得气体管路与气源装置相连通。第二三通阀5用于载气流出的端口(即第一端)与U型冷凝管13通过气体导管相连，而U型冷凝管13与质谱分析仪14通过气体导管相连接，这样使得气体管路与质谱原位测试装置相连通。同样的，第二气阀6与电池测试装置的进气阀8通过气体导管相连通，第三气阀7与电池测试装置的排气阀9通过气体导管相连通，这样气体管路与电池测试装置相连通。由此，整个用于电化学微分质谱原位测试的气体管路就成功安置于电化学微分质谱测试体系中。

在电池测试装置接入电化学微分质谱测试体系中时，在电池测试装置和第二气阀6、第三气阀7之间的气体导管之中会存在外界气体。为了使这些外界气体排出，需要对本实施方式的用于电化学微分质谱原位测试的气体管路进行排气。在进行排气工作时，应开启第一气阀4、第二气阀6和第三气阀7，同时关闭与第二气阀6和第三气阀7相连接的进气阀8和排气阀9，随即控制总阀门2打开通入载气，控制载气流速，此时即可利用载气流动带来的压强差，迫使外界气体随载气流动排出，进而达到排出外界气体的效果。

在进行电化学微分质谱原位测试时，为了确保载气有固定的流速与流动方向，不扰乱实验测试，应使第一气阀4保持关闭，第二气阀6和第三气阀7保持开启，与第二气阀6和第三气阀7相连接的进气阀8与排气阀9保持开启，此时，该气体管路仅作为气体导管存在，载气会按照既定的流向从气源流出，依次经过第一三通阀3、第二气阀6、电池进气阀8、测试电池10、电池排气阀9、第三气阀7、第二三通阀5、U型冷凝管13流动至质谱分析仪14。

不难发现，本发明在使用时，通过利用伯努利原理，将电池测试装置接入测试体系过程中带入的外界气体排走，即能够有效的降低由于外界气体引入而产生的较高的测试背底，提升测试结果准确性。同时，使用设计的气体管路后能够有效的减少测试电池在静置过程中需要载气通入的时间，降低载气通入时间及载气不纯对测试电池的影响。本发明所需器件较少，操作相对简单，适合应用于电化学微分质谱原位测试中。