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原文传递电极材料中锂离子浓度分布与变形场同步原位测量系统

专利名称：	电极材料中锂离子浓度分布与变形场同步原位测量系统
摘要：	本发明涉及电极材料中锂离子浓度分布与变形场同步原位测量系统；系统包含两套图像采集光路，实现电致变色电极材料嵌/脱锂期间，同一电极区域中变形信息和锂离子空间分布信息的同步、原位测量。所述的两套图像采集光路为灰度图像采集光路和彩色图像采集光路；测量系统由图像采集装置、灰度图像采集光路、彩色图像采集光路、模拟半电池装置、电池测试仪和光学平台组成。两套光路交替工作，互不干扰，分别用于锂离子扩散过程中电极灰度图象和彩色图象的原位、实时采集。基于电极灰度图像的相关性分析和电致变色电极材料的颜色与材料内部嵌锂量的对应关系，测量结果可同时给出扩散过程中，电极同一区域的变形信息以及对应的锂离子空间分布信息。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	张茜;石宝琴;杨伟;谢海妹;宋海滨;仇巍;亢一澜
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910330944.8
公开号：	CN110133088A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	曹玉平
分类号：	G01N27/413(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	300350 天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区
主权项：	1.电极材料中锂离子浓度分布与变形场同步原位测量系统；其特征是系统包含两套图像采集光路，实现电致变色电极材料嵌/脱锂期间，同一电极区域中变形信息和锂离子空间分布信息的同步、原位测量。 2.如权利要求1所述的测量系统；其特征是两套图像采集光路为灰度图像采集光路和彩色图像采集光路；测量系统由图像采集装置、灰度图像采集光路、彩色图像采集光路、模拟半电池装置、电池测试仪和光学平台组成。 3.如权利要求2所述的测量系统；其特征是电极灰度图像采集光路包括单色CCD摄像机、镜头、滤波片、单色光源；电极颜色图像采集光路包括彩色CMOS摄像机、镜头、白色光源；灰度图像采集光路的联接方式是将装有镜头和滤波片的单色CCD摄像机由支架固定在光学平台上，单色CCD摄像机距离光学平台表面20～30厘米；将单色CCD摄像机与图像采集装置连接；调整单色CCD摄像机，使其光轴呈竖直方向，处于模拟半电池装置光学观测窗口的竖直正上方；灰度图像采集光路的光线由电池装置出发，依次通过滤波片、镜头、单色CCD摄像机；彩色图像采集光路的联接方式是将彩色CMOS摄像机由支架固定在光学平台上，使其与单色CCD摄像机处于同一高度；将彩色CMOS摄像机与图像采集装置连接；调整彩色CMOS摄像机，使其光轴与单色CCD摄像机光轴并行排列，处于同一竖直平面，且使其光轴与单色CCD摄像机光轴的夹角不超过30度；彩色图像采集光路的光线由电池装置出发，依次通过镜头、彩色CMOS摄像机；单色光源、白色光源、模拟半电池装置以及电池测试仪均处于光学平台上，其中，单色光源、白色光源放置在模拟半电池装置光学观测窗口的四周；模拟半电池装置充放电过程中，灰度图像采集光路与单色光源配合使用，用于采集嵌脱锂期间电极的灰度图像；彩色图像采集光路与白色光源配合使用，用于采集嵌脱锂期间电极的彩色图像。 4.如权利要求2所述的测量系统；其特征是测量系统整体放置在光学平台上，以避免外界振动对图像采集的影响。 5.如权利要求2所述的测量系统；其特征是电极灰度图像采集光路包括单色CCD摄像机1台、镜头1个、滤波片1个、单色光源2个；电极颜色图像采集光路包括彩色CMOS摄像机1个、镜头1个、白色光源2个。 6.如权利要求2所述的测量系统；其特征是模拟半电池装置是电极上方带有玻璃观测窗口，通过窗口观察到正在进行嵌/脱锂的电极材料。 7.如权利要求2所述的测量系统；其特征是电池测试仪用于对模拟半电池装置进行充放电实验，实现电极材料的嵌锂和脱锂过程。 8.如权利要求2所述的测量系统；其特征是图像采集装置由装有图像采集卡的计算机构成，用于同时、分别采集记录灰度图像采集光路和颜色图像采集光路得到的图像。 9.权利要求1的电极材料中锂离子浓度分布与变形场同步原位测量系统实验操作方法；其特征是步骤如下： 1)用电池测试仪对模拟半电池装置进行充放电实验，设置放电期间，锂离子嵌入电极，充电期间，锂离子脱出电极； 2)电极嵌脱锂期间，用灰度图像采集光路原位实时采集实验所需状态的电极灰度图像； 3)在灰度图像采集光路工作的同时，彩色图像采集光路同步记录同一状态的电极表面同一区域的彩色RGB图像；为消除两个光路照明源对彼此的影响，切换光路照明源，使得两套光路系统的采集工作穿插进行，即在彩色图像采集时仅开启白色光源，灰度图像采集时仅开启单色光源；同时，灰度图像与彩色图像采集的时间间隔不超过10s； 4)图像分析：利用数字图像相关技术DIC对电极中某位置的灰度图像进行相关性分析，得到锂离子扩散期间该位置的变形信息；基于电极颜色与其嵌锂浓度的对应关系，利用电极彩色图像得到同一空间位置的锂离子浓度分布信息。 10.如权利要求9所述的方法，其特征是灰度图像与彩色图像采集的时间间隔≤10秒。
所属类别：	发明专利